2015_Alontseva_Anokhin_Saakyan_Structural_analysis

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Обнинск 2015

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Е. Н. Алонцева, А. Н. Анохин, С. П. Саакян

Структурное моделирование процессов и систем

Учебное пособие по курсу «CASE и CALS технология»

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом института

Обнинск 2015

УДК 004.01

Алонцева Е. Н., Анохин А. Н., Саакян С. П. Структурное моде-

лирование процессов и систем. Учебное пособие по курсу «CASE и CALS технология». – Обнинск: ИАТЭ НИЯУ МИФИ, 2015. – 72 c.

Вучебном пособии описывается сущность структурного подхода

кмоделированию и разработке автоматизированных систем, рассматриваются методы структурного анализа систем и современный инструментарий для его проведения. Подробно рассматриваются нотации моделирования поведения систем, нотации функционального, информационного и объектно-ориентированного моделирова-

ния: IDEF0, IDEF1X, IDEF3, DFD, eEPC, BPMN, Чена, Баркера, Мар-

тина, Бахмана, Петри, UML. Нотации иллюстрируются несколькими сквозными примерами.

Пособие предназначено для студентов бакалавриата и магистратуры, обучающихся по направлению «Информатика и вычислительная техника» и изучающих дисциплины «CASE и CALS технология», «Объектно-ориентированное проектирование», «Моделирование и проектирование систем», «Проектирование автоматизированных систем управления».

Рецензенты:

д-р техн. н., проф. П. И. Падерно д-р техн. н., проф. Н. Л. Сальников

Тем. план 2015, поз. 15

©ИАТЭ НИЯУ МИФИ, 2015 г.

©Авторы, 2015 г.

2

Введение

В1960-е гг. методология структурного моделирования была положена в основу CASE-технологии. Аббревиатура «CASE» тракту-

ется по-разному – Computer Assisted или Computer Aided System Engineering. Смысл при этом остается неизменным – системный анализ с помощью компьютерных средств. В основу этой технологии легла серия стандартов, созданных американским военным ведомством и обозначаемых аббревиатурой IDEF.

К концу 1970-х гг. стали появляться серьезные программные продукты, помогающие аналитикам в построении и анализе графических диаграмм, применяемых в структурных методах. Позднее продукты такого рода образовали собственную нишу, получившую название «CASE-средства». В совокупности с методиками эти средства образуют так называемую CASE-технологию, являющуюся инструментом для проведения анализа управленческих процессов1 и проектирования информационных систем.

Таким образом, CASE-технология – это инструмент для системных аналитиков и программистов, позволяющий автоматизировать процессы анализа, проектирования и реализации систем.

Вданном учебном пособие рассмотрены основные понятия и графические нотации, лежащие в основе CASE-технологии. Некоторые из них рассматриваются «с нуля». Однако для понимания нотаций информационного моделирования читатель должен знать основные понятия концептуального моделирования данных, а именно, атрибут, домен, сущность, экземпляр сущности, связь, экземпляр связи, кардинальные числа, мощность и полнота связи, первичный, альтернативный и внешний ключи, идентифицирующая связь, отношение категоризации.

1 В современной литературе используется другой термин – «бизнеспроцесс», появившийся как результат транслитерации английского business process. В русском языке понятие «бизнес» имеет несколько другое значение, поэтому авторы пособия не считают этот термин корректным. Однако дабы избежать противоречий с основной массой литературы по данной тематике, именно термин «бизнес-процесс» будет использоваться в дальнейшем изложении.

3

Глава 1. Основные понятия структурного моделирования

1.1. Сущность структурного моделирования

Структурное моделирование является областью системного анализа и видом моделирования, который используется как средство исследования систем и может служить для их разработки наряду с другими методами формализованного представления – теоретикомножественными, лингвистическими, кибернетическими и т.п.

Структура системы – это совокупность связей между элементами системы, отражающих их взаимодействие. Структуру системы можно изучать с точки зрения состава элементов и подсистем и отношений между ними (структура), а можно с точки зрения свойств системы, которые позволяют достигать заданной цели (функции). В связи с этим можно выделить два подхода к исследованию структуры системы и ее свойств – структурный и функциональный.

Структурный подход применяют прежде всего для изучения уже существующей системы. Задача при структурном подходе – выявить состав элементов системы и связи между ними. На основании полученной информации делают вывод о структуре системы. Уровень рассмотрения и детализации системы зависит от поставленной задачи. Получают описание, позволяющее определить составные части системы. Формализация описания основана, в основном, на базе теории графов.

Функциональный подход предназначен для построения новой системы. Функция – это свойство, приводящее к достижению цели. Функциональное описание подразумевает рассмотрение отдельных функций и алгоритмов поведения системы. Функции системы должны быть заданы при ее построении и реализовываться при функционировании системы. При эксплуатации системы вводятся критерии оценки эффективности функционирования системы.

В обоих случаях в результате изучения системы получается структурная модель. С ее помощью можно выбрать необходимое количество управляющей информации в реальной системе, оценить показатели ее функционирования, найти оптимальный вариант построения новой системы и функционирования существующей.

4

Методология структурного моделирования не стоит на месте и является постоянно развивающейся областью. За последние десятилетия появились и постоянно трансформируются такие подходы,

как онтологии и объектно-ориентированное моделирование, ко-

торые объединяют в себе структуры обоих типов – и элементы, и функции – в иерархию классов, объектов и понятий.

Всовременной инженерной и научной практике структурные модели присутствуют в виде

концептуальных схем баз данных; иерархических организационных схем системы управления

предприятием; функциональных схем управленческих процессов;

функциональных структур деятельности человека-оператора; функционально-логических схем алгоритмов решения задач; объектных моделей программного обеспечения; иерархии функций при проектировании сложных технологических

объектов или пунктов управления ими.

1.2. Понятие бизнес-процесса

В1980-е гг. в управленческой сфере вошло в обиход понятие процессного подхода к управлению, который состоит в рассмотрении любого предприятия как системы, обладающей набором биз- нес-процессов. Автоматизация бизнес-процессов – это основная функция АСУ организационно-административного типа или, как их стали называть в 1990-е гг., корпоративных информационных систем. Однако построить систему управления можно только однозначно определив процессы, составляющие функционирование предприятия. Рассмотрим основные понятия в этой области.

Бизнес-процесс – это устойчивая целенаправленная совокупность взаимосвязанных видов деятельности, которая по определенной технологии преобразует входы в выходы, представляющие ценность для потребителя.

Владелец процесса – это должностное лицо или коллегиальный орган управления, имеющий в своем распоряжении ресурсы, необходимые для выполнения процесса, и несущий ответственность за результат процесса.

5

Выход (продукт) – материальный или информационный объект или услуга, являющиеся результатом выполнения процесса и потребляемые внешними по отношению к процессу клиентами. Вход бизнес-процесса – объект, который в ходе выполнения процесса преобразуется в выход. Ресурс бизнес-процесса – материальные или информационные объекты, необходимые для выполнения процесса, например, персонал, оборудование, инфраструктура и др. На рисунке 1 показана концептуальная схема управления процессом, иллюстрирующая введенные понятия.

Рис. 1. Концептуальная схема управления процессом [6]

Сеть процессов – это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессов предприятия, включающих в себя все виды деятельности, осуществляемой на предприятии.

Сеть процессов «привязывается» к функциональным подразделениям предприятия. Структура подразделений организации может оказаться неоптимальной для целей бизнеса. Выделяя, документи-

6

руя и анализируя процессы в привязке к структуре, можно предложить изменения, обеспечивающие эффективное сочетание структуры и процессов. Такая процедура получила название организационного «реинжиниринга» предприятия.

Рис. 2. Сеть процессов предприятия [6]

На рисунке 2 приведена схема сети процессов предприятия. Можно заметить, что процесс 5 не имеет ни одного входа, т.е. ничего не расходует и не использует для создания результата, потребляемого процессом 8. Появление на схемах сети процессов подобной ситуации означает, что выделение процессов было произведено некорректно, а часть деятельности организации для процесса 5 была пропущена.

Процесс 10, наоборот, ничего не создает. Этот процесс только расходует входы и ресурсы, не выдавая на выход никакого результата. Такая ситуация тоже может говорить о неполной картине процессов или о том, что выход (результат) процесса 10 никому не нужен. У процесса 10 нет ни внешних, ни внутренних потребителей, и необходимо рассмотреть целесообразность существования или вы-

7

деления такого процесса. На практике такая ситуация чаще всего встречается в процессах или подразделениях, существующих в организациях «по привычке». Надобность в их функциях и результатах их деятельности уже отпала, но процессы остались, так как руководству не хочется принимать решение об аннулировании или перепрофилировании деятельности этих подразделений или процессов.

Процессы организации могут быть разделены на три основных типа по характеру деятельности и создаваемому продукту.

К основным процессам организации, как правило, относят процессы производства, сбыта и снабжения.

Вспомогательные процессы напрямую не добавляют стоимости и являются по своей сути затратными. Примерами вспомогательных процессов являются подготовка кадров, сервисное обслуживание оборудования, инфокоммуникационное обеспечение, финансовое и бухгалтерское обеспечение деятельности организации и др.

Управление организацией в ряду процессов стоит отдельно. Согласно рекомендациям многих источников по процессному подходу, в каждой организации должны быть выделены процессы управления, планирования, улучшения, коммуникации и т.д.

1.3. Структурное моделирование в описании бизнеспроцессов

Описание бизнес-процессов проводится с целью их документирования, анализа, проектирования или реорганизации. В общем случае модель бизнес-процесса должна давать ответы на следующие вопросы:

какие функции (работы, операции) и в какой последовательности необходимо выполнить для получения заданного конечного результата;

кто выполняет функции процесса; как происходит взаимодействие исполнителей при выполнении

этих функций; какие механизмы управления существуют в рамках рассматри-

ваемого бизнес-процесса; какие входящие документы (информацию) использует каждая

функция процесса;

8

какие исходящие документы (информацию) генерирует каждая функция процесса;

какие ресурсы необходимы для выполнения каждой функции процесса;

какая документация регламентирует выполнение каждой функции;

какие параметры характеризуют выполнение каждой функции в отдельности и процесса в целом.

Если моделирование бизнес-процессов используется с целью оптимизации (реинжиниринга), то в этом случае строятся две модели: «как есть» и «как должно быть». Модель «как есть» представляет собой «снимок» положения дел на предприятии на момент обследования. Она позволяет понять, что делает и как функционирует данное предприятие с позиций системного анализа, а также выявить недостатки, «узкие места» и сформулировать ряд предложений по улучшению ситуации с помощью средств автоматизации и (или) организационных мер.

Модель «как должно быть» интегрирует перспективные предложения руководства и сотрудников предприятия, экспертов и системных аналитиков. Она позволяет сформировать видение новых рациональных технологий работы предприятия. Различают «легкий» и «жесткий» реинжиниринг. Легкий предполагает совершенствование существующих технологий, направленное на незначительное снижение стоимостных и временных затрат выполнения бизнес-процес- сов, устранение дублирования и противоречивости выполнения отдельных задач, выравнивание загруженности сотрудников. Жесткий реинжиниринг приводит к радикальному изменению технологий и полному переосмыслению бизнес-процессов.

CASE-средства, ориентированные на поддержку реинжиниринга, получили название BPR-систем (от англ. Business Process Reengineering) и широкое распространение в 2000-е гг.

Наряду с описанием бизнес-процессов CASE-технология тесно связана с понятием жизненного цикла системы. Жизненный цикл – это модель процесса создания и использования системы, отражающая ее различные состояния, начиная с момента возникновения необходимости в данной системе и заканчивая моментом ее полного вывода из эксплуатации у всех пользователей. Самая про-

9