Аис1

составляющие и классы объектов (at its joints) и определение их онтологий, или же совокупности фундаментальных свойств, которые определяют их изменения и поведение. Таким образом, естествен-ная 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 взаи--мосвязанных 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 мнение при проведении процесса реорганизации существующих и построении новых систем.

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

Основные принципы онтологического анализа

Онтологический анализ обычно начинается с составления словаря терминов, который ис-- пользуется при обсуждении и исследовании характеристик объектов и процессов, составляющих рассматриваемую систему, а также создания системы точных определений этих терминов. Кроме того, документируются основные логические взаимосвязи между соответствующими введенным терминам понятиями. Результатом этого анализа является ОНТОЛОГИЯ системы, или же совокупность словаря терминов, точных их определений взаимосвязей между ними.

Таким образом, онтология включает в себя совокупность терминов 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 её функционирования.

В любой системе существует две основные категории предметов восприятия, такие как сами объекты, составляющие систему (физические и интеллектуальные) и взаимосвязи между этими объектами, характеризующие состояние системы. 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. Таким образом, на начальном этапе должны быть выполнены следующие задачи:

создание и документирования словаря терминов;

описание правил и ограничений, согласно которым на базе введенной терминологии фор-мируются достоверные утверждения, описывающие состояние системы;

построение модели, которая на основе существующих утверждений, позволяет формировать необходимые дополнительные утверждения.

При рассмотрении каждой системы существует огромное количество утверждений, достоверно отображающих ее состояние в различных разрезах, а построенная онтологическим способом модель должна выбирать из них наиболее полезные для эффективного рассмотрения в том или ином контексте. Дополнительно, эта модель помогает описывать поведение объектов и соответствующее изменение взаимосвязей между ними, или, другими словами, поведение системы. Таким образом, онтология

111

представляет собой некий 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. Это действие устанавливает основные цели и контексты проекта разработки онтологии, а также распределяет роли между члена-ми 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

ипред-назначена для облегчения построения терминологии.

4.Начальное развитие онтологии. На этом этапе формируется предварительная онтология, на основе отобранных данных.

5.Уточнение и утверждение онтологии.

Онтологические языки

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 (См. рисунок 1). Этот несложный язык позволяет естественным образом представлять основную информацию в начальном развитии онтологии и дополнять существующие онтологии новыми данными. EL представляет собой структурированный текстовой язык, который позволяет детально характеризовать элементы онтологии.

Язык SL позволяет строить разнообразные типы диаграмм и схем в IDEF5. Основная цель всех этих диаграмм - наглядно и визуально представлять основную онтологическую информацию.

Несмотря на кажущееся сходство, семантика и обозначения схематичного языка SL существенно отличается от семантики и обозначений других графических языков. Дело в том, что часть элементов графической схемы SL может быть изменен 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 при конечном этапе проекта. Тщательный анализ, обеспечение полноты представления структуры данных, полученных в ре-зультате онтологического исследования, являются задачей применения языка EL.

112

1. Диаграмма классификации

Диаграмма классификации обеспечивает механизм для логиче-ской 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 2 приведен пример такой диаграммы, построенной на основе тривиальной возможности классификации многоугольников по количеству углов. 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.2.

2. Композиционная схема

Композиционные схемы (Composition Schematics) являются механизмом графического представления состава классов онтологии и фактически представля-ют 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 изображена композиционная схема шариковой ручки, относящейся к классу шариковых автоматических ручек. В данном случае ша-риковая ручка является системой, к которой мы применяем методы онтологического исследования. 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.

114

Схема взаимосвязей и диаграмма состояния объекта

115

3. Схема взаимосвязей

Схемы взаимосвязей (Relation Schematics) 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 Новака и Гоуэна (Novak & Gowin, 1984), суть которой 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 концеп-ции, к которой эта информация имела прямое отношение. Исходя из этой гипотезы, естественным образом изучения новой или плохо понимаемой взаимосвязи является соотнесение ее с достаточно изученной взаимосвязью, для исследования характеристик их сосуществования.

4. Диаграмма состояния объекта

Диаграмма состояния объекта (Object State Schemantic) позволяет документировать тот или иной процесс с точки зрения изменения состояния объек-та. 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 K в начальном состоянии в течение процесса могут просто перейти к его дочернему или просто родственному классу. Например, полученная в процессе нагревания теплая вода, уже от-носится не к классу ВОДА, а к его дочернему классу ТЕПЛАЯ ВОДА. Однако при формальном описании процесса, во избежание путаницы, целесообразно разделять оба вида изменений, и для такого разделения используется обозначения следующего вида: "класс:состояние". Например теплая вода будет описываться следующим образом: "во-да:теплая", холодная - "вода:холодная" и так далее. Таким образом, диаграммы состояния в IDEF5 наглядно представляют изменения состояния или класса объекта в течение всего хода процесса. Пример такой диаграммы приведен на рис.4 Таким образом можно считать, 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 методологию, с помощью которой можно наглядно и эффективно разрабатывать, поддерживать и изучать эту онтологию.IDEF9 - методологии моделирования требований.

116

DFD - диаграмма потоков данных

Для решения задачи функционального моделирования на базе структурного анализа тра- -диционно применяются два типа моделей: IDEF0-диаграммы и диаграммы потоков данных.

Методология разработки процессных диаграмм обычно применяется при проведении обследований предприятий в рамках проектов управленческого консалтинга, а также в проектах автоматизации крупных объектов при экспресс-обследовании (обычно для составления развернутого плана работ).

Нотация диаграмм потоков данных позволяет отображать на диаграмме как шаги бизнеспроцесса, так и поток документов и управления (в основном, управления, поскольку на верхнем уровне описания процессных областей значение имеет передача управления). Также на диаграмме можно отображать средства автоматизации шагов бизнес-процессов. Обычно используется для отображения третьего и ниже уровня декомпозиции бизнеспроцессов (первым уровнем считается идентифицированный перечень бизнес-процессов, а вторым - функции, выполняемые в рамках бизнес-процессов).

Диаграммы потоков данных (Data flow diagramming, DFD):

являются основным средством моделирования функциональных требований к проектируемой системе;

создаются для моделирования существующего процесса движения информации;

используются для описания документооборота, обработки информации;

применяются как дополнение к модели IDEFO для более наглядного отображения текущих операций документооборота (обмена информацией);

обеспечивают проведение анализа и определения основных направлений реинжиниринга ИС.

Диаграммы DFD могут дополнить то, что уже отражено в модели IDEF0, поскольку они описывают потоки данных, позволяя проследить, каким образом происходит обмен информацией как внутри системы между бизнес-функциями, так и системы в целом с внешней информационной средой В случае наличия в моделируемой системе программной/программируемой части

(практически всегда) предпочтение, как правило, отдается DFD по следующим соображениям.

1.DFD-диаграммы создавались как средство проектирования программных систем, тогда как IDEF0 - как средство проектирования систем вообще, поэтому DFD имеют более богатый набор элементов, адекватно отражающих их специфику (например, хранилища данных яв-ляются прообразами файлов или баз данных).

2.Наличие мини-спецификаций DFD-процессов нижнего уровня позволяет преодолеть логиче-скую незавершенность IDEF0, а именно обрыв модели на некотором достаточно низком уровне, когда дальнейшая ее детализация становится бессмысленной, и построить полную функциональную спецификацию разрабатываемой системы.

3.Существуют и поддерживаются рядом CASE-инструментов алгоритмы автоматического пре-образования иерархии DFD в структурные карты, демонстрирующие межсистемные и внут-рисистемные связи, а также иерархию систем, что в совокупности с мини-спецификациями является завершенным заданием для программиста.

Спомощью DFD-диаграмм требования к проектируемой ИС разбиваются на функциональные компоненты (процессы) и представляются в виде сети, связанной потоками данных. Главная цель декомпозиции DFD-функций - продемонстрировать, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, а также выявить отношения между этими процессами. На схемах бизнес-процесса отображаются:

функции процесса;входящая и исходящая информация, при описании документов;

внешние бизнес-процессы, описанные на других диаграммах;точки разрыва при переходе процесса на другие страницы.

Если при моделировании по методологии IDEF0 система рассматривается как сеть взаи-

117

мосвязанных функций, то при создании DFD-диаграммы система рассматривается как сеть связанных между собой функций, т.е. как совокупность сущностей (предметов). Структурный анализ - это системный пошаговый подход к анализу требований и проектированию спецификаций системы независимо от того, является ли она существующей или создается вновь. Методологии Гейна-Сарсона (Gane-Sarson) и Йордана/Де Марко (Yourdon/DeMarko) построения диаграмм потоков данных, осно-ванные на идее нисходящей иерархической организации, наиболее ярко демонстрируют этот подход.

Целью этих двух методологий является преобразование общих, неясных знаний о требованиях к системе в точные (насколько это возможно) определения. Обе методологии фокусируют внимание на потоках данных, их главное назначение - создание базированных на графике документов по функциональным требованиям. Методологии поддерживаются традиционными нисходящими методами проектирования и обеспечивают один из лучших способов связи между аналитиками, разработчиками и пользователями системы за счет интеграции следующих средств:

1.Диаграмм потоков данных.

2.Словарей данных, которые являются каталогами всех элементов данных, присутствующих в DFD, включая групповые и индивидуальные потоки данных, хранилища и процессы, а также все их атрибуты.

3.Миниспецификации обработки, описывающие DFD-процессы нижнего уровня и являющиеся базой для кодогенерации.

Миниспецификация

Миниспецификация - это алгоритм описания задач, выполняемых процессами, множество всех миниспецификации является полной спецификацией системы. Миниспецификации содержат номер и/или имя процесса, списки входных и выходных данных и тело (описание) процесса, являющееся спецификацией алгоритма или операции, трансформирующей входные потоки данных в выходные. Известно большое число разнообразных методов, позволяющих задать тело процесса, соответствующий язык может варьироваться от структурированного естественного языка или псевдокода до визуальных языков проектирования (типа FLOW-форм и диаграмм Насси--Шнейдермана) и формальных компьютерных языков.

Проектные спецификации строятся по DFD и их миниспецификациям автоматически. Наиболее часто для описания проектных спецификаций используется методика структурных карт Джексона, иллюстрирующая иерархию модулей, связи между ними и некоторую информацию об их исполнении (последовательность вызовов, итерацию). Существует ряд методов автоматического преобразования DFD в структурные карты.

Главной отличительной чертой методологии Гейна-Сарсона является наличие этапа моделирования данных, определяющего содержимое хранилищ данных (БД и файлов) в DFD в третьей нормальной форме. Этот этап включает построение списка элементов данных, располагающихся в каждом хранилище данных; анализ отношений между данными и построение соответствующей диаграммы связей между элементами данных; представление всей информации по модели в виде связанных нормализованных таблиц. Кроме того, методологии отличаются чисто синтаксическими аспектами, так, например различны графические символы, представляющие компоненты DFD.

Рассматриваемые методы представляют собой методы, помогающими от чистого листа бумаги или экрана перейти к хорошо организованной модели системы. Обе методологии основаны на простой концепции нисходящего поэтапного разбиения функций системы на подфункции:

1.На первом этапе формируется контекстная диаграмма верхнего уровня, идентифицирующая границы системы и определяющая интерфейсы между системой и окружением.

2.После интервьюирования эксперта предметной области, формируется список внешних со-бытий, на которые система должна реагировать. Для каждого из таких событий строится пустой процесс (bubble) в предположении, что его функция обеспечивает требуемую реакцию на это событие, которая в большинстве случаев включает генерацию выходных потоков и событий (но может также включать и

118

занесение информации в хранилище данных для ее использования другими событиями и процессами).

3. На следующем уровне детализации аналогичная деятельность осуществляется для каждого из пустых процессов.

Для усиления функциональности в данной нотации диаграмм предусмотрены специфические элементы, предназначенные для описания информационных и документопотоков, такие как внешние сущности и хранилища данных. Основные символы DFD-диаграмм по этим нотациям:

Помимо нотации Йордона/Де Марко и Гейна - Сарсона для элементов DFD-диаграм могут использоваться и другие условные обозначения (OMT, SSADM, и т.д.). Все они обладают прак-тически одинаковой функциональностью и различаются лишь в деталях.

Несмотря на то, что методология IDEF0 получила широкое распространение, по мнению многих аналитиков DFD гораздо больше подходит для проектирования информационных систем вообще и баз данных в частности. DFD позволяет уже на стадии функционального моделирования определить базовые требования к данным (этому способствует разделение потоков данных на материальные, информационные и управляющие). Кроме того интеграция DFD-моделей и ER-моделей (entity-relationship, "сущность-связь") не вызывает затруднений. Например, можно определить список атрибутов хранилищ данных, последние на стадии информационного моделирования однозначно отображаются в сущности модели "сущностьсвязь".

В свою очередь, как уже отмечалось, IDEF0 больше подходит для решения задач, связанных с управленческим консультированием (реинжинирингом процессов). Этому способствует также тесная связь IDEF0 с методом функционально - стоимостного анализа ABC (Activity Based Costing), позволяющим определить схему расчета стоимости выполнения той или иной деловой процедуры. Однако, существует ряд CASE - систем, предлагающих методологию IDEF0 на этапе функционального обследования предметной области. В таких системах на следующий этап передается просто список всех объектов IDEF0-модели (входы, выходы, механизмы, управление), которые затем рассматриваются на предмет включения в информационную модель.

Терминология DFD-нотации

DFD-БЛОКИ – графическое изображение операции (процесса, функции, работы) по обработке или преобразованию информации (данных). Смысл DFD-блока, отображающего функцию совпадает со смыслом блоков IDEFO и IDEF3, заключающиеся в преобразовании входов в выходы. DFD-блоки также имеют входы и выходы, но не поддерживают управление и механизмы, как IDEFO.

Назначение функции состоит в создании из входных потоков выходных в соответствии с действием, определяемым именем процесса. Поэтому имя функции должно содержать глагол в неопределенной форме с последующим дополнением. Функции обычно

119

именуются по названию системы, например "Разработка системы автоматизированного проектирования''. Рекомендуется использовать глаголы, отображающие динамические отношения, например: «рассчитать», «получить», «заказать», «фрезеровать», «точить», «вычислить», «включить», «моделировать» и т.д. Если автор использует такие глаголы, как “обработать”, “модернизировать”, или “отредактировать”, то это означает, что он, вероятно, пока недостаточно глубоко понимает данную функцию процесса и требуется дальнейший анализ.

По нотации Гейн-Сарсона DFD-блок изображается прямоугольником со скругленными углами. Каждый блок должен иметь уникальный номер для ссылки на него внутри диаграммы. Номер каждого блока может включать префикс, номер родительского блока (А) и номер объекта, представляющий собой уникальный номер блока на диаграмме. Например, функция может иметь номер А.12.4.

Для того чтобы избежать пересечений линий потоков данных один и тот же элемент может на одной и той же диаграмме отображаться несколько раз; в таком случае два или более прямоугольника, обозначающих один и тот же элемент, могут идентифицироваться линией пе-речеркивающей нижний правый угол.

DATA FLOW (поток данных) – механизм, использующийся для моделирования передачи информации между участниками процесса информационного обмена (функциями, хранилищами данных, внешними ссылками). По нотации Гейн-Сарсона поток данных (документы, объекты, сотрудники, отделы или иные участники обработки информации) изображается стрелкой между двумя объектами DFD-диаграммы, предпочтительно горизонтальной и/или вертикальной, причем направление стрелки указывает направление потока. Каждая стрелка должна иметь источник и цель. В отличие от стрелок IDEF0диаграммы (ICOM), стрелки DFD могут входить или выходить из любой стороны блока. Стрелки описывают, как объекты (включая данные) двигаются из одной части системы в другую. Поскольку в DFD каждая сторона блока не имеет четкого назначения, в отличие от блоков IDEF0-диаграммы, стрелки могут подходить и выходить из любой грани. В DFDдиаграммах для описания диалогов типа команды-ответа между операциями, применяются двунаправленные стрелки между функцией и внешней сущностью и/или между внешними сущностями. Стрелки могут сливаться и разветвляться, что позволяет описать декомпозицию стрелок. Каждый новый сегмент сливающейся или разветвляющейся стрелки может иметь собственное имя.

Иногда информация может двигаться в одном направлении, обрабатываться и возвращаться обратно. Такая ситуация может моделироваться либо двумя различными потоками, ли-бо одним двунаправленным. На поток данных можно ссылаться, указывая процессы, сущности или накопители данных, которые поток соединяет.

Каждый поток должен иметь имя, расположенное вдоль или над стрелкой, выбранное таким образом, чтобы в наибольшей степени передавать смысл содержания потока пользователям, которые будут рассматривать диаграмму потоков данных. Набрасывая диаграмму потоков данных, можно опустить наименования, если оно является очевидным для пользователя, но автор диаграммы должен в любой момент представить описание потока.

DATA FLOW ДИАГРАММА (DFD-диаграмма) – диаграммы применяемые для графического представления (flowchart) движения и обработки информации в организации или в какомлибо процессе. Обычно диаграммы этого типа используются для проведения анализа организации информационных потоков и для разработки ИС. DFD-диаграммы являются ключевой частью документа спецификации требований - графическими иерархическими спецификациями, опи-сывающими систему с позиций потоков данных. Каждый узелпроцесс в DFD может развертываться в диаграмму нижнего уровня, что позволяет на любом уровне абстрагироваться от деталей.

Для диаграмм этого типа обычно применяется сокращенное обозначение DFD. DFD являются. В состав DFD могут входить четыре графических символа, представляющих потоки данных, процессы преобразования входных потоков данных в выходные, внешние источники и получатели данных, а также файлы и БД, требуемые процессами для своих операций.

DFD-диаграммы моделируют функции, которые система должна выполнять, но почти ничего не сообщают об отношениях между данными, а также о поведении системы в зависимости от времени - для этих целей используются диаграммы сущность-связь и диаграммы переходов состояний, соответственно.

120