Моделирование бизнес-процессов / Моделирование бизнес-процессов / I D E F / ОРИЕНТСОФТ / IDEF0_DSM

Взаимодополняющие роли IDEF0 и DSM при моделировании процессов управления информацией

Malmstrom, P. Pikosz and J. Malmqvist

Machine and Vehicle Design, Chalmers University of Technology, Goteborg, Sweden

Резюме

В статье сравниваются методы моделирования IDEF0 [1] (иногда определяется как SADT) и DSM (Design Structure Matrix) [2, 3], применяемые для моделирования информационных потоков. Определяются достоинства и недостатки каждого метода, приводиться классификация задач, для решения которых предпочтительней использовать тот или иной метод, и предлагается способ использования этих методов в качестве дополнения друг к другу. В качестве примера, рассматривается использование обеих методов при моделировании процессов конфигурационного управления в компании FFV Aerotech. Показывается, как, в зависимости от целей моделирования, могут быть использованы оба метода. Доказывается, что степень понимания процессов, протекающих в моделируемой системе, может быть увеличена при помощи небольшой дополнительной работы в рамках использования обоих методов.

1. Введение

Современная деловая жизнь характеризуется все более возрастающей жёсткой конкуренцией. Становятся доступны новые рынки, предоставляющие возможности беспрецедентного роста и процветания. Однако, как следствие, компании сталкиваются с агрессивной конкуренцией на своих же, ранее безопасных домашних рынках. Для того чтобы вести дела в этих условиях, фирмы должны снижать стоимость, повышать качество и уменьшать время реакции на запросы рынка. Эффективные автоматизированные производственные системы, такие как гибкое (lean) производство и постоянное сокращение жизненного цикла продукции заставляют уделять все большее внимание процессам разработки новой продукции [4]. Как следствие, процесс управления информацией, которая должна быть достоверной и своевременной в рамках всей организации, приобретает все большее значение при сокращении времени на разработку новой продукции. Кроме того, методы конкурентного проектирования, в которых одновременность работ обычное дело, приводят к увеличению объёма перераспределяемой внутри компании информации. Для того, чтобы понимать и улучшать процессы управления информацией, компаниям необходимы методы, которые помогают им моделировать существующие у них процессы. При внедрении компьютерной системы для поддержки процесса управления информацией, качественно разработанные модели обмена информацией должны быть созданы раньше, чем осуществлены проектные решения по этой системе. В статье сравнивается использование методов IDEF0 и DSM, как две различные техники моделирования процессов конфигурационного управления, т.е. одного из видов процесса управления информацией, в

компании FFV Aerotech.

Обсуждаются преимущества и недостатки этих методов, и предлагается способ их совместного использования. Статья состоит из следующих разделов:

Раздел 2 – описывает рассматриваемые исследовательские подходы;

Раздел 3 – рассматривает метод моделирования IDEF0;

Раздел 4 – представляет метод моделирования DSM;

Раздел 5 – предоставляет результаты применения методов;

Раздел 6 – сравнивает два метода;

Раздел 7 – описывает предлагаемый метод моделирования;

Раздел 8 – обсуждает связанные разработки и выводы, приводятся в Разделе 9.

2. Рабочий подход

Для того, чтобы оценить базовые методы, они были использованы для моделирования процесса конфигурационного управления. Затем, результаты были оценены с учетом: (1) времени требуемого на разработку модели; (2) объема необходимой информации; (3) уровня детализации модели; (4) применимости для анализа различных проблем, связанных с процессом конфигурационного управления.

Анализ результатов появился метод, объединяющий преимущества двух базовых техник моделирования.

Примечание: Перевод выполнен частично. Пропущены разделы с описанием основ IDEF0 и DSM. Информацию об этих методах читатели могут получить из других источников. Например, начальные разделы руководства пользователя IDEF0/EMTool и материалы DSM Web Site at MIT.

4. DSM-метод

Другой метод анализа процесса разработки продукта, с целью его улучшения, является метод структурной матрицы решений1 (DSM) [2, 3]. Этот метод, по сравнению с IDEF0методом, обеспечивает лучшую наблюдаемость взаимодействий процессов модели, поскольку, сложность DSM-модели растёт не так быстро как сложность IDEF0-модели. Метод DSM использует матричную нотацию релевантных переменных. Эти переменные отображают существующие компоненты модели, которые участвуют во взаимодействиях. Переменные по оси Y отображаются в той же последовательности, что и по оси X.

Типовая матрица DSM-метода показана на рисунке 5. В ячейках матрицы обозначаются существующее взаимодействие между различными переменными. В матрице могут быть обозначены различные типы отношений или взаимодействий. Всё зависит от вида переменных, которые используются при построении матрицы.

Например, отдельная матрица может быть построена для обозначения отношений типа «необходима информация», «существует пространственное взаимодействие», и т.д. Взаимодействию в матрице может быть задано числовое значение, которое обозначает, например, важность это взаимодействия для аналитика. Числовые значения содействуют более глубокому анализу, например, с помощью линейной алгебры.

Таким образом, матрица в DSM-методе представляет собой модель системы или проекта. Содержание DSM-модели определяется объектом анализа, целями анализа и видом переменных, использованных для построения этой модели.

1 Решение ищется в пространстве выбранных переменных и обозначенных с помощью их взаимодействий или отношений.

Рисунок 5. Простой пример DSM-модели, адаптированный из [3].

Метод DSM это робастный метод, который может быть использован для решения множества различных проблем различного размера. Сильной стороной метода следует считать возможность его применения в задачах, представляемых матрицами большого размера. Метод позволяет сохранить достаточно хорошую наблюдаемость всего объёма взаимодействий между переменными модели. При этом, всегда существует возможность быстро достичь ощутимых результатов улучшения характеристик процесса, используя DSMметод на выделенном из общей матрицы участке.

Наиболее часто встречаются следующие общепринятые подходы при выборе переменных для построения DSM-модели:

Параметры [2] Задачи или Операции [11] Компоненты [12]

Метод DSM в настоящей работе нацелен на описание существующего процесса с помощью взаимодействий между задачами этого процесса. Существующие задачи и взаимодействия между ними формируют описание целого процесса. Такая DSM-модель содействует пониманию того, как целый процесс функционирует, и какие изменения могут быть сделаны для того, чтобы процесс стал более эффективным. В моделируемой системе особо выделяются вопросы, связанные с организацией исполнения процесса, т.е. вопросы установления последовательности исполнения задач и вопросы учёта информационной взаимозависимости между задачами.

Задачи процесса могут быть организованы тремя различными способами. Способы различают по типу информационной взаимозависимости между задачами, который определяет порядок исполнения задач в рамках всего процесса.

На Рисунке 6, задача, для исполнения которой необходима информация от другой задачи, оказывается зависимой от предыдущей задачи. Зависимая задача может быть выполнена только после получения необходимой информации. Поэтому, зависимая задача ожидает завершения задачи, поставляющей эту информацию. Таким образом, наличие подобного информационного взаимодействия между задачами может расцениваться аналитиком как «простой» зависимой задачи, вызванный, например, ожиданием поступления информации от другой задачи.

Пара задач может быть независима. В этом случае независимые задачи могут исполняться параллельно. Однако, если паре задач необходима информация друг от друга, то они взаимозависимы и должны выполняться конкурентно. Метод DSM помогает идентифицировать проблемные области внутри процесса и может поддержать реструктуризацию этих областей с целью улучшения их эффективности.

Рисунок 7 показывает пример реструктуризации процесса, взятого из Eppinger [13]. Модели сравнивают процессы разработки продуктов в двух различных компаниях. Обе компании производят приборные панели. Сравнение процессов показывает, что для успешной компании (внизу) требуется 3-5 недель на получение первого прототипа, а для менее успешной 6 месяцев. С помощью DSM-метода может быть идентифицирована причина, вызвавшая расхождение. Сравнение матриц показывает, что две компании спроектировали свои процессы различно. Более медленная компания организовала три операции так, что

они оказались взаимозависимыми. Как следствие, эти операции требуют параллельного исполнения и тесного взаимодействия друг с другом. Этот тип отношений подразумевает, что продукт проходит несколько переделок в рамках всего процесса. В результате, увеличивается время исполнения этого процесса. В более быстром процессе, существующие участки взаимозависимостей разбиты таким образом, что существует только две операции, требующие взаимосвязанного исполнения.

Рисунок 6. Типы последовательностей задач. Адаптировано из [3].

1.Зависимые (Последовательные)

2.Независимые (Параллельные)

3.Взаимозависимые (Сопряжённые)

Рисунок 7. Пример DSM-моделей. Адаптировано из [13].

Компания с медленным процессом разработки продукта

5-10 взаимодействий

6 месяцев (до первого прототипа)

Компания с быстрым процессом разработки продукта

2взаимодействия

3- 5 недель (до первого прототипа)

5. Рассмотрение примера

В этом разделе, будут представлены различные результаты применения методов моделирования.

5.1 FFV Aerotech

Оба метода использовались для моделирования процесса конфигурационного управления

(Configuration Management) на FFV Aerotech, Шведской компании аэрокосмической промышленности. Компания FFV Aerotech производит оборудование для летательных аппаратов (ЛА).

Основная цель процесса конфигурационного управления при проектировании - обеспечение потребителя продукцией с требуемой конфигурацией комплектующих и соответствующей документацией. Продукция должна быть собрана из комплектующих, которые прошли совместное тестирование и гарантированно обеспечивают ожидаемые рабочие характеристики ещё до момента поставки. Документация для продукции должна соответствовать конфигурации поставки.

Продукция FFV Aerotech классифицирована как критичная для безопасности полётов. Испытательное оборудование разрабатывается и производится параллельно с летальным аппаратом, в срок до 15 лет, и происходит частый обмен документацией с производителем летательного аппарата. Информация о конфигурации, которую FFV Aerotech получает от производителя летательного аппарата со временем изменяется. Изготавливаемые FFV Aerotech материалы, должны соответствовать текущей версии спецификации заказчика. Это делает конфигурационное управление ключевой проблемой. Кроме того, заказчик требует особого внимания к процессу управления конфигурацией. Поскольку, FFV Aerotech управляет как документацией заказчика, так и документацией поставщика, требования к процессу конфигурационного управления очень высоки. Все операции должны быть документированы должным образом в соответствии с сертификационными требованиями к авиационным изделиям.

Компания FFV Aerotech сохраняет данные по конфигурации каждого производимого изделия, конфигурации каждого летательного аппарата заказчика и всем возможным комбинациям установленного оборудования и летательного аппарата по каждому летательному аппарату.

5.2 IDEF0 Результаты

Метод IDEF0 для моделирования процесса конфигурационного управления в FFV Aerotech был реализован в системе METIS [10], компьютерной программе, которая может быть применена для IDEF0-моделирования. Помимо этого, система позволяет использовать другие элементы кроме классических IDEF0-Блоков. Однако, в этой модели использовалась только традиционные для IDEF0-метода элементы.

Рисунок 8. IDEF0-модель.

На Рисунке 8 показан верхний уровень модели в системе METIS. Он содержит три процесса верхнего уровня с входами, выходами, управлениями и механизмами. Компания FFV Aerotech делит процессы конфигурационного управления на: процессы поддержки планирования, процессы разработка ресурсов и процессы эксплуатации. Процессы верхнего уровня декомпозируются на подпроцессы. Процесс поддержки планирования декомпозирован на два уровня. Разработка ресурсов проработана на четыре уровня, процесс эксплуатации на три уровня.

Вся представленная модель в METIS содержит 44 процесса глубиной до пяти уровней. Она содержит 5 управлений, 18 различных механизмов и 463 взаимодействия. Модель процесса конфигурационного управления предоставляет очень подробную информационную модель, с входами, выходами, управлениями и механизмами. Все подпроцессы нижнего уровня хорошо и с одинаковым уровнем детализации документированы. Строгое формальное определение всех взаимодействий позволяет полученной модели быть пригодной для внедрения в систему автоматизированной поддержки производства. IDEF0-модели описывают традиционные «waterfall» представления о процессе разработки продукта, а в такой модели трудно отобразить параллельное выполнение и существующие при этом взаимозависимости.

Кроме того, неформальное общение в рабочих группах, которое часто является фундаментом конкурентного проектирования, также трудно выявляется в IDEF0-модели.

Работы по IDEF0-моделированию в FFV Aerotech сопровождаются процессом разработки новой компьютерной системы поддержки конфигурационного управления. Произведенное в FFV Aerotech моделирование позволяет глубже понять существующий процесс. Например, созданный на ранних стадиях процесса документ, не требует какой-либо доработки на последующих стадиях. Помимо этого, моделирование позволяет выработать общее представление о деталях процесса конфигурационного управления. Например, IDEF0модель позволяет легче определить что должно быть утверждено до начала производства.

Единственный отрицательный момент при IDEF0-моделировании это сложность и трудность в понимании всего процесса. Рассматривая диаграмму верхнего уровня, трудно определить,

содержит ли процесс несколько подпроцессов на нескольких уровнях или не содержит их вообще. Итерации и циклические обратные связи трудно отслеживать благодаря их устойчивому выдвижению на передний план. Кроме того, смоделированные итерации и циклические обратные связи трудно отслеживать благодаря множеству отношений и использованию иерархических моделей. Моделирование требует очень детализированной информации, даже для подпроцессов самого низкого уровня. Вся требуемая информация должна быть собрана и проанализирована, следовательно, в процессе моделирования возникают значительные временные издержки. Собранная информация должна быть документирована в модели. Большие модели трудно выполнимы на бумаге потому, что при моделировании трудно помнить всю иерархическую компоновку этих моделей. Более того, значительные издержки возникают при модификации модели. К счастью, существуют соответствующие программные средства, пригодные для создания моделей, т.к. модели очень быстро становятся слишком большими для того, чтобы быть удобными для ручной обработки.

В процессе моделирования, иногда, трудно найти корректный уровень детализации, чтобы показать некоторую проблему. Например, интересующая информация может быть «утоплена» в другой информации. Модель ориентирована на формальное взаимодействие, основанное на документах и не показывает неформальные взаимодействия. Кроме того, организационные аспекты процесса могут быть с трудом показаны в модели.

5.3 DSM Результаты

Результат DSM-моделирования процесса конфигурационного управления в FFV Aerotech показан на Рисунке 9. С левой стороны матрицы приведены подпроцессы нижнего уровня, ранее описанные в IDEF0-модели. Переменные сверху матрицы обозначают те же подпроцессы в том же самом порядке. Процессы конфигурационного управления представлены в DSM, составленной из матрицы 35х35 и содержащей 165 отношений. Моделирование было выполнено в электронной таблице MS Excel.

Рисунок 9. DSM-модель. Посмотреть DSM-модель

Нотация взаимозависимостей в матрице:

X - требуется информация от (needs information from);

? - требуется перепроверка информации в случае её обновления;

«ромбик» - потенциальная циклическая обратная связь/итерация.

Модель показывает, что процесс в основном движется поступательно без большой зависимости от маркеров (Х) над диагональю. В идеале, модель процесса в DSM должна содержать все взаимозависимости ниже диагонали. В этом случае, процесс будет завершён без повторных доработок. К сожалению, реальность редко соответствует идеалу. Существует большой блок с взаимозависимостями на проектной фазе, где требуется значительный информационный обмен между департаментами проектирования и испытания (оборудование, программное обеспечение, руководство по испытанию образца). Главное преимущество DSM-модели это прекрасная наглядность, что позволяет легко объяснять процесс другим людям, фокусируясь на проблемных областях, а не методе моделирования. Метод DSM легко использовать в больших проектах, поскольку размер модели процессов не усложняет использование метода, т.е. большие модели процессов могут быть легко и наглядно представлены на матрице. Уровень детализации также легко изменить. Взаимодействия между различными частями матрицы моделируются с помощью простого маркера, показывающего какие это взаимодействия. Взаимодействия могут быть смоделированы более детально путём разворачивания ячеек матрицы. Таким образом, можно смоделировать вид информации, направление взаимодействия и т.д. Однако, это может приводить к усложнению матрицы и дополнительным трудностям при анализе.

По сравнению с IDEF0 методом, построение DSM модели происходит быстрее и легче. В отличие от IDEF0 метода, информацию для построения DSM модели можно собирать с использование опросных листов, рассылаемых, например, по электронной почте. DSM метод не требует экспертных знаний о процессе и, поэтому, часто достаточно знать только то, что имеется взаимодействие между двумя процессами. При этом не обязательно уточнять содержание информации, передаваемой между процессами. Матричная нотация в DSMметоде делает возможным использование линейной алгебры, например, для оптимизации последовательности задач. Одним из преимуществ DSM-метода является то, что он делает наглядным обратные связи в процессе. Таким образом, внимание концентрируется на функциях, результаты выполнения которых, могут потребовать существенных доработок в других процессах.

Однако, агрегированная нотация подпроцессов в DSM матрице позволяет с трудом моделировать процессы нижнего уровня с достаточной степенью детализации. Процесс обмена информацией часто моделируется только как взаимодействие. Очень трудно детально изобразить на модели передаваемую между процессами информацию. Механизмы и управления, которые регулируют процесс обмена информацией, не включаются в DSM модель. Более того, трудно моделировать иерархическое различие процессов. Процессы изображаются одной строкой матрицы независимо от того крупный это процесс или мелкий. Специалисты FFV Aerotech пришли к выводу, что DSM модели проще в обработке, чем IDEF0 модели, особенно потому, что они могут быть выполнены в электронной таблице и не требует специальных программных средств. DSM модели легче обсуждались в группах разработчиков и специалистами компании. DSM модель предоставила специалистам компании FFV Aerotech лучшее понимание всего процесса в целом, и помогло выбрать оптимальное расположение центров информирования об изменении статуса документов.

6. Сравнение методов

Два метода дополняют друг друга и могут обеспечить хорошие результаты при совместном использовании. Очевидно, что DSM метод в основном ориентирован на организационные проблемы, связанные с тем, как спроектирован процесс разработки продукции и на выделение проблемных областей внутри организации, например, последовательность задач

и необходимость информации. С другой стороны, IDEF0 ориентирован на поддержку компьютеризации производства и как следствие требует больше информации и формализма.

Размеры моделей сравнительно равны. Разработанная по методу IDEF0, модель содержит 44 процесса, 5 управлений, 18 механизмов, 463 отношений (взаимосвязей) и до пяти уровней в глубину. Модель по методу DSM это матрица размером 35х35 с 165 отношениями. Меньшее количество процессов в DSM модели является следствием иерархической природы IDEF0. Только нижний уровень описания процессов IDEF0 модели должен быть включён в DSM модель. Различие в числе отношений это следствие сокращения уровня детализации в DSM. Отношение, определённое в DSM как «необходима информация от», может потребовать в IDEF0 модели нескольких формальных связей. Кроме того, взаимосвязи по управлению и механизму IDEF0 модели не включаются в DSM модель.

Установленные цели моделирования, позволяют утверждать, что процесс конфигурационного управления на FFV Aerotech слишком детализирован для DSM модели, слишком «велик» для IDEF0 модели и использование какого-то одного метода явно не достаточно для достижения требуемых целей. Однако, объединение этих двух методов порождает прекрасный метод моделирования процесса конфигурационного управления.

Организационные вопросы проекта наиболее удобны для начального DSM моделирования, при необходимости поддерживаемого с помощью IDEF0 метода. Вопросы информационного управления наилучшим образом решаются с помощью IDEF0 моделирования, поддерживаемого DSM. Например, при внедрении компьютерной поддержки для такого процесса как процесс конфигурационного управления, процесс должен быть изначально смоделирован с помощью IDEF0 метода для оценки пригодности процесса к автоматизации или необходимости проведения ре-инжиниринга (РБП). Если процесс рассматривается как пригодный для автоматизации, то DSM модель может быть разработана для определения потенциальных рисков связанных с итерациями и организационными изменениями, которые легко выпадают из внимания на IDEF0 модели.

Ни IDEF0 метод, ни DSM метод моделирования не поддерживают моделирование отношений временного характера (отношений временной природы). Поскольку скорость реакции на запросы рынка становится чрезвычайно важна для получения конкурентного преимущества, невозможность моделирования отношений временного характера должно рассматриваться как ограничение этих методов.

7. Предлагаемый метод

Как было показано ранее, IDEF0 и DSM методы имеют свои преимущества и недостатки. В связи с этим, может быть целесообразно использовать методы совместно для дополнения моделей необходимой дополнительной информацией или пояснениями. Особо отметим, что использование двух методов не означает, что вся работа по моделированию процессов должна дублироваться. Выражение 1+1=2 не выполняется. Более точное выражение должно выглядеть как 1+1=1.2. Большая часть выполненной ранее работы может быть использовано повторно, что ускоряет процесс разработки второй модели. Проведенная работа показала, что на разработку второй модели требуется меньше времени. Однако, существует вероятность, что для некоторых моделей использование второго метода может вызвать дополнительные проблемы, затраты на решение которых поглотит все выгоды от реализации предлагаемого подхода.

Используемый метод должен соответствовать целям проектных мероприятий. Например, если проектные работы не рассматривают возможности изменения процесса или процесс достаточно прост, то, вероятно, нет необходимости для выполнения DSM моделирования. С другой стороны, если проектные работы сконцентрированы вокруг выбора последовательности выполнения операций процесса, то IDEF0 модель вероятнее всего не потребуется и будет достаточно DSM модели.

Предлагаемый авторами метод будет пригоден для большинства процессов и целевых установок. Метод описан ниже:

1. Определить цели моделирования и задачи проектных работ. Большинство проектных работ выполняется для достижения некоторой цели и используемые методы должны поддерживать эти цели. Цели должны быть актуальны в течение всех проектных работ.

Организационные изменения; Внедрение компьютерной поддержки; Реорганизация документооборота.

2.Определить доступное время и ресурсы. До начала проектных работ должны быть определены доступные ресурсы: люди; компьютерные средства; доступ к лицам, принимающим решения; бюджет; и т.д. Кроме того, должно быть определено время, выделенное на создание модели. Если результат требуется в кратчайшие сроки, то предпочтительна быстрая техника моделирования с минимальным уровнем детализации, т.е. «грубая» DSM модель. Если требуется точная модель и доступно много ресурсов, то может быть выполнено как подробное IDEF0, так и подробное DSM моделирование.

3.Определить размер процесса. Необходимо идентифицировать размер процесса, который должен быть смоделирован. Это установит границы проектных работ. Больше всего для IDEF0 модели подходит небольшой процесс, который необходимо понять. Большой процесс с существующими итерационными проблемами лучше подходит для DSM моделирования.

4.Определить уровень детализации. До начала проектных работ необходимо определить требуемый уровень детализации, т.е. то какая степень детализации процессов необходима для решения задач проекта. Достаточно ли Вам знать о связи между двумя операциями или Вам необходимо знать точно, какой вид обмена информацией существует и когда он происходит? Необходимо ли Вам знать механизмы и управления, которые обусловливают моделируемый процесс?

5.Выбор метода. Точная комбинация используемых методов будет зависеть от рассмотренных ранее вопросов. Возможно, что с использование какого-то одного метода позволит решить все имеющиеся проблемы. Несмотря на это, авторы уверены, что должна применяться следующая классификация проблемных областей:

Организационные изменения: Для решения организационных проблем следует сначала использовать DSM метод для идентификации проблемных областей. Должно использоваться упорядочивание операций, чтобы решить проблемы планирования и итераций. IDEF0 моделирование может быть выполнено, если необходимо исследовать формальное взаимодействие между процессами и идентифицировать формальные недостатки. Затем, результаты проектных работ применяются для реорганизации процесса.

Компьютерная поддержка: Если основная проблема это идентификация точного процесса информационного обмена и его автоматизация с помощью электронной системы обработки документов (Например, PDM, Product Data Management), то предпочтительно начинать с IDEF0 моделирования. Таким образом определяется, может ли процесс поддерживаться с помощью средств автоматизации. Кроме того, гарантируется лучшее понимание процесса. После IDEF0-моделирования применяется DSM моделирование для идентификации итераций и проведения организационных изменений. После решения организационных вопросов, необходимо внести изменения в IDEF0 модель в соответствии с результатами DSM моделирования. Окончательный этап будет включать реализацию IDEF0 модели в системе компьютерной поддержки.

6.Выполнить моделирование. Когда известны задачи проектных работ, доступное время и ресурсы, степень необходимой детализации процесса и выбрана подходящая техника моделирования, начинаются проектные работы. Необходимо, чтобы модель должным образом была документирована для последующего анализа.

7.Анализ моделей. Когда модели процессов получены, необходим анализ полученных моделей.

Взаимодополняющие роли IDEF0 и DSM при моделировании процессов управления информацией

10