Методики проектированияIdef

Развитие методов и моделей проектирования ИС привело к необходимости создания взаимосвязанной совокупности методик концептуального проектирования, которая обеспечивала бы возможность эффективного обмена информацией между всеми специалистами – участниками процесса. Такая совокупность методик, разработанная в США по программе компьютеризации промышленности ICAM(Integrated Computer-Aided Manufacturing), получила название IDEF (аббревиатура отIcamDEFinitionили Integrated DEFefinition). Некоторые из этих методик получили статус государственного стандарта США. ВIDEFвходят методики функционального, информационного и поведенческого моделирования и проектирования, отмеченные в следующей таблице¹⁵.

Название	Назначение
IDEF0	Функциональное моделирование (Function Modeling Method)
IDEF1 и IDEF1X	Информационное моделирование (Information and Data Modeling Methods)
IDEF2	Поведенческое моделирование (Simulation Modeling Method)
IDEF3	Моделирование процессов (Process Flow and Object State Description Capture Method)
IDEF4	Объектно-ориентированное проектирование (Object-Oriented Design Method).
IDEF5	Систематизации объектов приложения (Ontology Description Capture method)
IDEF6	Использование рационального опыта проектирования (Design Rationale Capture Method)
IDEF8	Взаимодействие человека и системы (Human-System Interaction Design)
IDEF9	Учёт условий и ограничений (Business Constraint Discovery)
IDEF14	Моделирование вычислительных сетей (Network Design)

IDEF-технологии находят успешное применение в самых различных областях бизнеса, показав себя эффективным средством анализа, конструирования и отображения бизнес-процессов. Основными являются методология функционального моделирования бизнес-процессов IDEF0, методология информационного моделирования IDEF1X и методология документирования технологических процессов предприятияIDEF3, дополненная технологией анализа потоков данных DFD.

Методологию IDEF0 можно считать следующим этапом развития графического языка описания функциональных систем SADT (Structured Analysis and Design Teqnique), описанного выше. Последняя редакция стандарта IDEF0 была выпущена в 1993 г. Национальным институтом по стандартам и технологиям США (NIST)¹⁶.

IDEF0 предназначена для функционального моделирования, т. е. моделирования выполнения функций объекта, путём создания описательной графической модели, показывающей что, как и кем делается в рамках функционирования предприятия. Метод IDEF0 основан на методологии SADT. Госстандартом России приняты рекомендации по стандартизации Р50.1.028-2001 "Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Методология функционального моделирования". Они описывают язык моделирования IDEF0, правила и методику структурированного графического представления описания процессов (бизнес-процессов) предприятия или организации.

В основе IDEF0 методологии лежит понятие блока, который отображает некоторую бизнес-функцию. Так же как в SADT, четыре стороны блока имеют разную роль: левая сторона имеет значение "входа", правая - "выхода", верхняя - "управления", нижняя - "механизма" (см. рис. 20).Взаимодействие между функциями в IDEF0 представляется в виде дуги, которая отображает поток данных или материалов, поступающий с выхода одной функции на вход другой. В зависимости от того, с какой стороной блока связан поток, его называют соответственно "входным", "выходным", "управляющим".

В IDEF0 реализованы три базовых принципа моделирования процессов: принцип функциональной декомпозиции; принцип ограничения сложности; принцип контекста.

Принцип функциональной декомпозиции представляет собой способ моделирования типовой ситуации, когда любое действие, операция, функция могут быть разбиты (декомпозированы) на более простые действия, операции, функции. Другими словами, сложная бизнес-функция может быть представлена в виде совокупности элементарных функций. Суть принципа ограничения сложности состоит в том, что количество блоков на диаграмме должно быть не менее двух и не более шести. Практика показывает, что соблюдение этого принципа приводит к тому, что функциональные процессы, представленные в виде IDEF0 модели, хорошо структурированы, понятны и легко поддаются анализу.

Моделирование делового процесса начинается с построения контекстной диаграммы. На этой диаграмме отображается только один блок - главная бизнес-функция моделируемой системы. Главная бизнес-функция системы - это "миссия" системы, её значение в окружающем мире. При определении главной бизнес-функции необходимо всегда иметь ввиду цель моделирования и точку зрения на модель. Контекстная диаграмма играет ещё одну роль в функциональной модели. Она "фиксирует" границы моделируемой бизнес-системы, определяя то, как моделируемая система взаимодействует со своим окружением. Это достигается за счет описания дуг, соединённых с блоком, представляющим главную бизнес-функцию.

IDEF0 применяется для построения двух видов моделей. При обследовании предприятия строится функциональная модель КАК ЕСТЬ, которая позволяет чётко зафиксировать, какие деловые процессы осуществляются на предприятии, какие информационные объекты используются при выполнении деловых процессов и отдельных операций. Функциональная модель КАК ЕСТЬ является отправной точкой для анализа потребностей предприятия, выявления проблем и "узких" мест и разработки проекта совершенствования деловых процессов.

Создание и внедрение корпоративной информационной системы приводит к изменению условий выполнения отдельных операций, структуры деловых процессов и предприятия в целом. Это приводит к необходимости изменения системы бизнес-правил, используемых на предприятии, модификации должностных инструкций сотрудников. Функциональная модель КАК БУДЕТ позволяет уже на стадии проектирования будущей информационной системы определить эти изменения. Применение функциональной модели КАК БУДЕТ позволяет не только сократить сроки внедрения информационной системы, но также снизить риски, связанные с невосприимчивостью персонала к информационным технологиям.

IDEF3 является методикой описания бизнес-процессов как упорядоченной последовательности событий с одновременным описанием объектов, имеющих отношение к процессу¹⁷. Эта методика является средством документирования технологических процессов, происходящих на предприятии, и предоставляет инструментарий для наглядного исследования и моделирования их сценариев.

Сценарием называется описание последовательности изменений свойств объекта в рамках рассматриваемого процесса (например, описание последовательности этапов обработки детали в цехе 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, отчётов о браке, и т.д.).

Для эффективного управления любым процессом, необходимо иметь детальное представление об 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..."

Как и в других методиках IDEF, главной единицей представления моделиIDEF3 является диаграмма. Диаграммы оперируют такими элементами, как действия, связи (отношения между действиями), соединения (разворачивающее соединение, когда завершение одного действия вызывает начало выполнения нескольких других действий, и сворачивающее соединение в противоположной ситуации) и указатели (ссылки на другие разделы описания процесса). Действия в случае необходимости могут подвергаться последовательной декомпозиции для более детального анализа.

Существуют два типа диаграмм в стандарте IDEF3, представляющие 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 и его трансформаций в процессе (Object State Transition Network, OSTN). Например, с помощью диаграмм PFDD документируется последовательность и описание стадий обработки детали в рамках исследуемого технологического процесса. Диаграммы OSTN используются для иллюстрации трансформаций детали, которые происходят на каждой стадии обработки.

Построение модели IDEF3, дополненное диаграммами потоков данных, как правило, является следующим шагом в проектировании послеIDEF0-анализа, который в этом случае используется для сбора данных и моделирования процесса «как есть».

Методика IDEF1 была разработана как инструмент для анализа и изучения взаимосвязей между информационными потоками внутри системы, позволяющий отображать и анализировать их структуру и взаимосвязи¹⁸. Целью подобного исследования является дополнение и структуризация существующей информации и обеспечение качественного управления информационными потоками. Необходимость в реорганизации информационной области, как правило, возникает на начальном этапе построения корпоративной информационной системы, и методология IDEF1 позволяет достаточно наглядно выявить слабые места в существующей структуре информационных потоков. Применение методологии 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 и взаимосвязей между этими потоками;

• определить существующие правила, по которым осуществляется движение информационных потоков, а также принципы управления ими;

• определить, какие проблемы, выявленные в результате функционального анализа и анализа потребностей, вызваны недостаточным использованием управления соответствующей информацией;

• выявить информационные потоки, требующие дополнительного управления для эффективной реализации модели.

Результаты анализа информационных потоков могут быть использованы для стратегического и тактического планирования деятельности предприятия и улучшения информационного менеджмента. Однако основной целью использования методологии IDEF1 всё же остаётся 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.

Основой для разработки IDEF1 послужили методики информационного моделирования в виде диаграмм сущность-связь. Это определило их терминологическую и семантическую близость.

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

• устойчивость – информация, имеющая отношение к той или иной сущности постоянно накапливается;

• уникальность – любая сущность может быть однозначно идентифицирована.

Каждая сущность имеет своё имя и атрибуты. Атрибуты представляют собой характерные свойства и признаки объектов реального мира, относящихся к определённой сущности. Класс атрибутов представляет собой набор пар, состоящих из имени атрибута и его значения для определённой 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, когда класс атрибутов одной сущности содержит ключевые атрибуты другой сущности.

В отличие от методов разработки структур баз данных IDEF1 является аналитическим методом и используется для анализа и изучения взаимосвязей между информационными потоками в рамках коммерческой деятельности предприятия.

IDEF1X является методом для разработки реляционных баз данных и использует условный синтаксис, специально разработанный для удобного построения концептуальной схемы¹⁹. Концептуальной схемой здесь называется универсальное представление структуры данных в рамках предприятия, независимое от конечной реализации базы данных и аппаратной платформы. Использование методики IDEF1X наиболее целесообразно для построения логической структуры базы данных после того, как все информационные ресурсы исследованы (скажем с помощью метода IDEF1) и решение о внедрении реляционной базы данных, как части корпоративной информационной системы, было принято. Однако не стоит забывать, что средства моделирования IDEF1X специально разработаны для построения реляционных информационных систем, и если существует необходимость проектирования другой системы, скажем объектно-ориентированной, то лучше избрать другие методы моделирования.

Хотя терминология IDEF1X практически совпадает с терминологией IDEF1, существует ряд фундаментальных отличий в теоретических концепциях этих методологий. Сущность в IDEF1X описывает собой совокупность или набор экземпляров похожих по свойствам, но однозначно отличаемых друг от друга по одному или нескольким признакам. Каждый экземпляр является реализацией сущности. Таким образом, сущность в IDEF1X описывает конкретный набор экземпляров реального мира, в отличие от сущности в IDEF1, которая представляет собой абстрактный набор информационных отображений реального мира.

Методика онтологического исследования IDEF5 ориентирована на эффективное исследование строения и свойств любой системы. Понятие онтологии первоначально появилось в разделе философии, называемой метафизикой, которая изучает устройство реального мира. Основной характерной чертой онтологического анализа является, в частности, разделение реального мира на составляющие и классы объектов и определение их онтологий, или же совокупности фундаментальных свойств, которые определяют их изменения и поведение.

IDEF5 предоставляет структурированную методологию, с помощью которой можно наглядно и эффективно разрабатывать, поддерживать, документировать и изучать онтологию системы. Средствами для этого являются: словарь терминов, используемых при описании характеристики объектов и процессов, имеющих отношение к рассматриваемой системе, точные и однозначные определения всех терминов этого словаря и классификации логических взаимосвязей между этими терминами.

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 этих терминов. Кроме того, документируются основные логические взаимосвязи между соответствующими введённым терминам понятиями.

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 функционирования²⁰.

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

• изучение и систематизирование начальных условий (устанавливает основные цели и контексты проекта разработки онтологии, а также распределяет роли между членами проекта);

• сбор и накопление данных;

• анализ данных (анализ и группировка собранных данных для облегчения построения терминологии);

• начальное развитие онтологии (формирование предварительной онтологии на основе отобранных данных);

• уточнение и утверждение онтологии - заключительная стадия процесса.

Для поддержания процесса построения онтологий в IDEF5 существуют специальные онтологические языки: схематический язык (Schematic Language-SL) и язык доработок и уточнений (Elaboration Language-EL)²¹. SL является наглядным графическим языком, специально предназначенным для изложения специалистами в рассматриваемой области основных данных в форме онтологической информации. Этот язык позволяет 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. Всего существует четыре основных вида схем, которые используются для накопления информации об онтологии в достаточно прозрачной графической форме:

1. Диаграмма классификации. Обеспечивает механизм для логической систематизации знаний, накопленных при изучении системы.

2. Композиционная схема. Является механизмом графического представления состава классов онтологии и представляет собой инструмент онтологического исследования по принципу "Что из чего состоит".

3. Схема взаимосвязей. Позволяет визуализировать и изучать взаимосвязи между различными классами объектов в системе.

4. Диаграмма состояния объекта. Позволяет документировать тот или иной процесс с точки зрения изменения состояния объекта.

IDEF представляет собой взаимосвязанную совокупность методик концептуального проектирования. Принципиальным требованием при разработке рассматриваемого семейства методологий была возможность эффективного обмена информацией между всеми специалистами - участниками разработки.

Особенностью рассматриваемого семейства методологий является уникальная способность "задавать вопросы" в процессе моделирования, неразрывная связь графических средств (нотации) с методологией и технологией. С этой точки зрения семейство IDEF является, пожалуй, единственной системой, которая предоставляет не только средства отображения бизнес-процессов, но и методологию взаимодействия "аналитик-специалист", и, кроме того, технологию создания проектов, охватывающую все стадии "жизненного цикла" - от первичного анализа до формы представления окончательного проекта, через поэтапный процесс создания диаграмм и хранения версий

Основные положения стандартов IDEF0 и IDEF1X использованы также при создании комплекса стандартов ISO 10303, задающих технологию STEP для представления в компьютерных средах информации, относящейся к промышленному производству²².