07_Funktsionalnoe_predstavlenie_488349700ee190718c7d62ab40969119

План лекции
Способы функционального представления систем
Временные диаграммы функционирования
Графические способы функционального представления:
дерево функций системы;
стандарт функционального моделирования IDEF0.
Основные понятия IDEF0-методологии
Принципы ограничения сложности и дисциплина групповой работы в IDEF0-моделях
Программные продукты, реализующие IDEF0-методологию
© Е.В. Коновалов

Функциональное представление
Функция смерти заключается в том, чтобы сделать жизнь напряжённее.
Джон Роберт Фаулз,
английский писатель (1926 – 2005)
© Е.В. Коновалов

Функциональное представление
Функциональное представление означает рассмотрение функций системы, ее подсистем и отдельных элементов.
Объектами функционального описания являются системы, которые что-то выполняют или созданы с некоторой целью.
Функциональное представление иерархично и в его основе обычно лежит функциональная декомпозиция.
© Е.В. Коновалов

Способы функционального представления
алгоритмический,
аналитический,
посредством временных диаграмм функционирования,
графический,
табличный,
вербальный (словесный).
© Е.В. Коновалов

Алгоритмический и аналитический способы
При алгоритмическом способе функционирование системы описывается с помощью детерминированного алгоритма. Результат этого алгоритма (или получаемые в процессе работы данные) интерпретируется как основная функция системы (или набор функций).
При аналитическом способе функционирование системы может описываться
числовым функционалом, зависящем от функций, описывающих внутренние процессы системы
качественным функционалом (упорядочение в терминах «лучше», «хуже», «больше», «меньше» и т.д.)
© Е.В. Коновалов

Временные диаграммы функционирования системы
Этот способ обычно используются для технических, в частности человеко-машинных систем. Регламентируется следующий порядок работы:
Выбирается некоторый интервал: длительность временного цикла.
Определяются параметры функционирования этих компонентов.
Составляются диаграммы функционирования их во времени.
Уточняются места переработки информации активными компонентами модели, называемыми в дальнейшем процессами системы.
Для каждого процесса большой системы определяется состав входной и выходной информации.
Уточняется состав управляющих параметров, влияющих на алгоритм функционирования процессов системы.
При необходимости выводятся уравнения и расчетные формулы.
© Е.В. Коновалов

Временные диаграммы функционирования системы
В рамках каждого временного цикла проводится опрос параметров. Первичная обработка и контроль достоверности опрошенного параметра проводятся сразу же после приема значения параметра, в промежутке между запросом на измерение и приходом замеренного значения следующего параметра.
Форма такого представления определяется используемым языком формализации. Важно составить схемы информационной связи между процессами системы. Для этой цели на временную диаграмму функционирования каждого процесса следует наложить сведения о местах использования информации, общей для всех процессов.
Эти диаграммы используются при описании АСУ, атомных реакторов, военных автоматизированных систем и др.
© Е.В. Коновалов

Необходимая гибкость функционального представления
Функциональное представление должно соответствовать концепции развития систем во времени и удовлетворять некоторым требованиям:
должно быть открытым и допускать возможность расширения (сужения) спектра функций, реализуемых системой;
предусматривать возможность перехода от одного уровня рассмотрения к другому, т.е. обеспечивать построение виртуальных моделей систем любого уровня.
© Е.В. Коновалов

Графические способы представления
С точки зрения необходимой гибкости наиболее удобные – графические способы представления.
Главное преимущество графического способа – его наглядность и легкость иерархических построений.
При анализе и синтезе технических и социально-экономических систем особенно часто используется графическое представление, разновидностями которого являются:
дерево функций системы,
стандарт (методология) функционального моделирования IDEF0.
© Е.В. Коновалов

Дерево функций
Все функции, реализуемые системой, могут быть условно разделены на три группы: целевая функция; основные функции системы; вспомогательные функции системы.
Целевая функция отражает назначение, сущность и смысл существования системы.
Основные функции представляют собой совокупность макрофункций, которые обеспечивают условия выполнения целевой функции.
Вспомогательные функции расширяют функциональные возможности системы, сферу их применения и способствуют улучшению показателей качества системы. Они обеспечивают условия выполнения основных функций.
© Е.В. Коновалов

Дерево функций
© Е.В. Коновалов

Использование дерева функций
Дерево функций системы представляет декомпозицию функций системы и формируется с целью исследования функциональных возможностей системы.
Производится анализ совокупности функций, реализуемых на различных уровнях иерархии системы.
На базе дерева функций системы осуществляется формирование структуры системы на основе функциональных модулей.
В дальнейшем структура на основе таких модулей покрывается конструктивными модулями (для технических систем) или организационными модулями (для организационно-технических систем).
© Е.В. Коновалов

Важность построения дерева функций
Таким образом, этап формирования дерева функций является одним из наиболее ответственных не только при анализе, но и при синтезе структуры системы.
Ошибки на этом этапе приводят к созданию «систем-инвалидов», не способных к полной функциональной адаптации с другими системами, пользователем и окружающей средой.
© Е.В. Коновалов

Возможные проблемы
с построением дерева функций
Трудно построить взаимно непересекающееся множество основных функций, а для каждой из основных – множество вспомогательных.
Трудно заранее учесть все необходимые функции одного уровня и точно «развести» их по отдельным ветвям дерева.
Иерархическая структура функций может плохо соответствовать реальному положению дел на рассматриваемом объекте и может потребовать слишком глубокой перестройки.
© Е.В. Коновалов

Методология IDEF0
IDEF0 — методология функционального моделирования и графическая нотация, изначально предназначенная для формализации и представления бизнес-процессов.
Отличительной особенностью IDEF0 является её акцент на соподчинённость объектов.
В IDEF0 рассматриваются логические отношения между работами. Это отличает IDEF0 от временнόй последовательности, применяемой в методологии WorkFlow.
Методология IDEF0 является одной из самых прогрессивных моделей и используется при организации не только бизнес-проектов, но и других функциональных процессов.
© Е.В. Коновалов

Основные элементы и понятия IDEF0
В основе методологии IDEF0 лежат четыре основных понятия:
функциональный блок (Activity Box);
интерфейсная дуга (Arrow);
декомпозиция (Decomposition);
глоссарий (Glossary).
© Е.В. Коновалов

Функциональный блок
Функциональный блок графически изображается в виде прямоугольника и олицетворяет собой некоторую конкретную функцию в рамках рассматриваемой системы.
По требованиям стандарта название каждого функционального блока должно быть сформулировано в глагольном наклонении.
Например: обрабатывать деталь на станке, передать документы в отдел, разработать план-график проведения анализа, опубликовать материалы и др.
© Е.В. Коновалов

Функциональный блок
Каждая из четырех сторон функционального блока имеет своё определенное значение:
Верхняя сторона имеет значение «Управление» (Control);
Левая сторона имеет значение «Вход» (Input);
Правая сторона имеет значение «Выход» (Output);
Нижняя сторона имеет значение «Механизм» (Mechanism).
Каждый функциональный блок в рамках единой рассматриваемой системы должен иметь свой уникальный идентификационный номер.
© Е.В. Коновалов

Функциональный блок
© Е.В. Коновалов

Интерфейсная дуга
Интерфейсная дуга отображает элемент системы, который обрабатывается функциональным блоком или оказывает иное влияние на соответствующую функцию.
Графическим отображением интерфейсной дуги является однонаправленная стрелка.
Каждая интерфейсная дуга должна иметь свое уникальное наименование (Arrow Label).
По требованию стандарта, наименование интерфейсной дуги должно быть оборотом существительного.
© Е.В. Коновалов

Интерфейсная дуга
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, началом и концом каждой функциональной дуги могут быть только функциональные блоки. При этом “источником” может быть только выходная сторона блока, а “приемником” любая из трех оставшихся.
© Е.В. Коновалов

Интерфейсная дуга
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.
За каждой дугой закрепляется специальное замечание, которое отображает суть объекта. Замечание формулируется в виде оборота существительного, отвечающего на вопрос: «Что?».
© Е.В. Коновалов

Дуги как уточняющие факторы блока
© Е.В. Коновалов

Пример функционального блока с интерфейсными дугами
© Е.В. Коновалов

Типы взаимосвязей между блоками
При IDEF0 моделировании используются пять типов взаимосвязей между блоками, для представления их отношений.
Взаимосвязь по управлению;
Взаимосвязь по входу;
Обратная связь по управлению;
Обратная связь по входу;
Взаимосвязь «выход-механизм».
© Е.В. Коновалов

Взаимосвязь по управлению
Выход одного Блока влияет на выполнение функции в другом Блоке (разработать инструкцию -> собрать).
© Е.В. Коновалов

Взаимосвязь по входу
Выход одного Блока является входом для другого (изготовить подшипник -> собрать машину).
© Е.В. Коновалов

Обратная связь по управлению
Выходы из одной функции влияют на выполнение других функций, выполнение которых в свою очередь влияет на выполнение исходной функции (изменение инструкции).
© Е.В. Коновалов

Обратная связь по входу
Выход из одной функции является входом для другой функции и наоборот (безотходное производство).
© Е.В. Коновалов

Взаимосвязь «выход-механизм»
Выходная дуга одного блока является дугой механизма для другого. Такой тип связи встречается редко и относится чаще всего к подготовительным операциям (когда неясно влияние одного на другое, но оно есть).
© Е.В. Коновалов

Слияние и разветвление дуг
Содержание IDEF0-диаграмм уточняется в ходе моделирования постепенно, поэтому дуги на диаграммах редко изображают один объект.
Чаще всего они отображают определенный набор объектов и могут иметь множество начальных точек (источников) и определенное количество конечных точек (приемников).
В ходе разработки графической диаграммы для отражения этой особенности используют механизм разветвления/слияния дуг.
Это позволяет более точно описать из каких наборов объектов состоит входящая в функциональный блок дуга, если она получена путем слияния.
© Е.В. Коновалов

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 структурированно представлять модель системы в виде иерархической структуры отдельных диаграмм, что делает ее менее перегруженной и легко усваиваемой.
© Е.В. Коновалов

Контекстная диаграмма IDEF0
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 цель (Purpose) построения диаграммы в виде краткого представления и зафиксирована точка зрения (Viewpoint).
© Е.В. Коновалов

Декомпозиция в IDEF0
Функциональный блок, который в контекстной диаграмме отображает систему как единое целое, подвергается детализации на другой диаграмме.
Таким образом при декомпозиции возникает множество взаимосвязанных диаграмм.
© Е.В. Коновалов

Дочерние и родительские диаграммы
Получившаяся диаграмма второго уровня содержит функциональные блоки, отображающие главные подфункции функционального блока контекстной диаграммы и называется дочерней (Child diagram) по отношению к нему.
Каждый из функциональных блоков, принадлежащих дочерней диаграмме соответственно называется дочерним блоком (Child Box).
В свою очередь, функциональный блок – предок называется родительским блоком по отношению к дочерней диаграмме (Parent Box), а диаграмма, к которой он принадлежит – родительской диаграммой (Parent Diagram).
© Е.В. Коновалов

Целостность и нумерация
в IDEF0-модели
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.
Следует обратить внимание на взаимосвязь нумерации функциональных блоков и диаграмм: каждый блок имеет свой уникальный порядковый номер на диаграмме (цифра в правом нижнем углу прямоугольника), а обозначение под правым углом указывает на номер дочерней для этого блока диаграммы. Отсутствие этого обозначения говорит о том, что декомпозиции для данного блока не существует.
© Е.В. Коновалов

Глоссарий
Для каждого из элементов IDEF0 (диаграмм, функциональных блоков, интерфейсных дуг) подразумевается создание и поддержание набора соответствующих определений, ключевых слов, повествовательных изложений и т.д., которые характеризуют объект, отображенный данным элементом.
Этот набор называется глоссарием и является представлением сущности данного элемента.
Например, для управляющей интерфейсной дуги “распоряжение об оплате” глоссарий может содержать перечень полей соответствующего дуге документа.
Глоссарий дополняет наглядный графический язык, снабжая диаграммы необходимой дополнительной информацией.
© Е.В. Коновалов

Разработка IDEF0-диаграмм
Разработка модели начинается с построения самого верхнего уровня иерархии (А-0) — одного блока и интерфейсных дуг, описывающих внешние связи рассматриваемой системы. Имя функции, записываемое в Блоке 0, является целевой функцией системы с принятой точки зрения и цели построения модели.
При дальнейшем моделировании Блок 0 декомпозируется на Диаграмме А0, где целевая функция уточняется с помощью нескольких блоков, взаимодействие между которыми описывается с помощью дуг.
В результате, имена функциональных блоков и интерфейсные дуги, описывающие взаимодействие всех блоков образуют иерархическую взаимосогласованную модель.
© Е.В. Коновалов

Принципы ограничения сложности IDEF0-диаграмм
Представление IDEF0 модели построено в виде иерархической пирамиды, в вершине которой представляется самое общее представление системы, а основание представляет собой множество более детальных описаний.
Обычно IDEF0-модели несут в себе сложную и концентрированную информацию, и для того, чтобы ограничить их перегруженность и сделать удобочитаемыми, в соответствующем стандарте приняты некоторые ограничения сложности.
© Е.В. Коновалов

Принципы ограничения сложности IDEF0-диаграмм
Ограничение количества функциональных блоков на диаграмме тремя-шестью. Верхний предел (шесть) заставляет разработчика использовать иерархии при описании сложных предметов, а нижний предел (три) гарантирует, что на соответствующей диаграмме достаточно деталей, чтобы оправдать ее создание.
Ограничение количества подходящих к одному функциональному блоку (выходящих из одного функционального блока) интерфейсных дуг четырьмя.
Разумеется, строго следовать этим ограничениям вовсе не обязательно, однако, как показывает опыт, они являются весьма практичными в реальной работе.
© Е.В. Коновалов

Дисциплина групповой работы
над разработкой IDEF0-модели
Стандарт IDEF0 содержит набор процедур, позволяющих разрабатывать и согласовывать модель большой группой людей, принадлежащих к разным областям деятельности моделируемой системы.
Обычно процесс разработки является итеративным и состоит из нескольких условных этапов.
© Е.В. Коновалов

1. Предварительное создание модели
Первый этап – предварительное создание модели группой специалистов, относящихся к различным сферам деятельности предприятия.
Эта группа в терминах IDEF0 называется авторами (Authors).
Построение первоначальной модели является динамическим процессом, в течение которого авторы опрашивают компетентных лиц о структуре различных процессов.
На основе имеющихся положений, документов и результатов опросов создается черновик (Model Draft) модели.
© Е.В. Коновалов

2. Распространение черновика
Второй этап – распространение черновика для рассмотрения, согласований и комментариев.
На этой стадии происходит обсуждение черновика модели с широким спектром компетентных лиц (в терминах IDEF0 — читателей).
Каждая из диаграмм черновой модели письменно критикуется и комментируется, а затем передается автору.
Автор, в свою очередь, также письменно соглашается с критикой или отвергает её с подробной аргументацией и вновь возвращает откорректированный черновик для дальнейшего рассмотрения.
Этот цикл продолжается до тех пор, пока авторы и читатели не придут к единому мнению.
© Е.В. Коновалов

3. Официальное утверждение модели
Утверждение согласованной модели происходит руководителем рабочей группы в том случае, если у авторов модели и читателей отсутствуют разногласия по поводу ее адекватности.
Окончательная модель представляет собой согласованное представление о предприятии (системе) с заданной точки зрения и для заданной цели.
Наглядность графического языка IDEF0 делает модель вполне читаемой и для лиц, которые не принимали участия в проекте ее создания, а также эффективной для проведения показов и презентаций.
В дальнейшем, на базе построенной модели могут быть организованы новые проекты, нацеленные на производство изменений на предприятии (в системе).
© Е.В. Коновалов

Программные продукты, реализующие методологию IDEF0
CA AllFusion Process Modeler
(ранее BPwin)
Business Studio
Ramus
MS Visio
Corel iGrafx (IDEF0)
© Е.В. Коновалов