Методология SADT и стандарты IDEF

Методология SADT и стандарты IDEF

 

Методология SADT - одна из самых известных методологий анализа и проектирования систем. Она является, пожалуй, единственной методологий, отражающей такие характеристики, как управление, обратная связь и ресурсы. Другая особенность SADT заключается в том, что она развивалась как язык описания функционирования систем общего вида, тогда как в других структурных методологиях упор чаще делается на проектирование программного обеспечения.

Автор методологии, Дуглас Росс, в 1969 г. часть своих теорий, относящихся к методологии и языку описания систем, назвал SADT "Structured Analysis and Design Technique" ("Методология структурного анализа и проектирования"). Первое ее крупное приложение было реализовано в 1973 г. при разработке большого аэрокосмического проекта, а на рынке SADT появляется в 1975 г.

Описание  системы с помощью SADT называется моделью, при этом используются как естественный, так и графические языки. SADT-модель может быть сосредоточена либо на функциях системы, либо на ее объектах. Модели, ориентированные на функции, принято называть функциональными, а на объекты системы моделями данных.

 Результатом применения методологии SADT является модель, которая состоит из диаграмм, фрагментов текстов и глоссария, имеющих ссылки друг на друга. Диаграммы - главные компоненты модели, все функции ИС и интерфейсы на них представлены как блоки и дуги. Место соединения дуги с блоком определяет тип интерфейса. Управляющая информация входит в блок сверху, в то время как информация, которая подвергается обработке, показана с левой стороны блока, а результаты выхода показаны с правой стороны. Механизм (человек или автоматизированная система), который осуществляет операцию, представляется дугой, входящей в блок снизу

Одной из наиболее важных особенностей методологии SADT является постепенное введение все больших уровней детализации по мере создания диаграмм, отображающих модель.

 

С помощью  SADT-методологии решаются следующие основные задачи (для систем любой природы):

анализ  функций, выполняемых системой;

описание  спецификаций требований и функций  проектируемой системы;

проектирование  системы.

Более 10 лет SADT была "бумажной" технологией, но в середине 80-х годов, когда появились персональные компьютеры с графическими возможностями, SADT "пересела" за компьютер. Одним из первых программных комплексов структурно-функционального анализа на основе SADT был пакет AUTOIDEF, разработанный в рамках программы ВВС США по созданию интегрированной автоматизированной системы управления производством. В основе пакета лежит доведенное до уровня стандарта подмножество SADT методология IDEF, состоящая из трех методологий:

IDEF0 функциональное моделирование;

IDEF1 информационное моделирование;

IDEF2 динамическое моделирование функций, информации и ресурсов.

Методология IDEF, основанная на принципах системного анализа и предназначенная для представления функций произвольной системы (будь то управление финансами, организация работ, обучение или автоматизация), фактически стала стандартом не только в США, но и в ряде европейских стран. Из трех названных методологий наибольшее распространение получила первая IDEF0. В 1985 г. методология IDEF1 была расширена и переименована в IDEF1X. Что-касается методологии IDEF2, то она не получила широкого распространения.

Иерархия диаграмм

Построение SADT-модели начинается с  представления всей системы в  виде простейшей компоненты - одного блока  и дуг, изображающих интерфейсы с  функциями вне системы. Поскольку  единственный блок представляет всю  систему как единое целое, имя, указанное в блоке, является общим. Это верно и для интерфейсных дуг - они также представляют полный набор внешних интерфейсов системы в целом.

Затем блок, который представляет систему в качестве единого модуля, детализируется на другой диаграмме  с помощью нескольких блоков, соединенных интерфейсными дугами. Эти блоки представляют основные подфункции исходной функции. Данная декомпозиция выявляет полный набор подфункций, каждая из которых представлена как блок, границы

которого определены интерфейсными дугами. Каждая из этих подфункций может быть декомпозирована подобным образом для более детального представления.

Во всех случаях каждая подфункция может содержать только те элементы, которые входят в исходную функцию. Кроме того, модель не может опустить какие-либо элементы, т.е., как уже отмечалось, родительский блок и его интерфейсы обеспечивают контекст. К нему нельзя ничего добавить, и из него не может быть ничего удалено.

Модель SADT представляет собой серию  диаграмм с сопроводительной документацией, разбивающих сложный объект на составные части, которые представлены в виде блоков. Детали каждого из основных блоков показаны в виде блоков на других диаграммах. Каждая детальная диаграмма является декомпозицией блока из более общей диаграммы. На каждом шаге декомпозиции более общая диаграмма называется родительской для более детальной диаграммы.

Дуги, входящие в блок и выходящие  из него на диаграмме верхнего уровня, являются точно теми же самыми, что  и дуги, входящие в диаграмму нижнего  уровня и выходящие из нее, потому что блок и диаграмма представляют одну и ту же часть системы.

Некоторые дуги присоединены к блокам диаграммы обоими концами, у других же один конец остается неприсоединенным. Неприсоединенные дуги соответствуют  входам, управлениям и выходам родительского блока. Источник или получатель этих пограничных дуг может быть обнаружен только на родительской диаграмме. Неприсоединенные концы должны соответствовать дугам на исходной диаграмме. Все граничные дуги должны продолжаться на родительской диаграмме, чтобы она была полной и непротиворечивой.

На SADT-диаграммах не указаны явно ни последовательность, ни время. Обратные связи, итерации, продолжающиеся процессы и перекрывающиеся (по времени) функции  могут быть изображены с помощью  дуг. Обратные связи могут выступать в виде комментариев, замечаний, исправлений и т.д.

Как было отмечено, механизмы (дуги с  нижней стороны) показывают средства, с помощью которых осуществляется выполнение функций. Механизм может  быть человеком, компьютером или  любым другим

устройством, которое помогает выполнять данную функцию 

Каждый  блок на диаграмме имеет свой номер. Блок любой диаграммы может быть далее описан диаграммой нижнего  уровня, которая, в свою очередь, может  быть далее детализирована с помощью  необходимого числа диаграмм. Таким образом, формируется иерархия диаграмм.

Для того, чтобы  указать положение любой диаграммы  или блока в иерархии, используются номера диаграмм. Например, А21 является диаграммой, которая детализирует блок 1 на диаграмме А2. Аналогично, А2 детализирует блок 2 на диаграмме А0, которая является самой верхней диаграммой модели. На рисунке 7 показано типичное дерево диаграмм.  

Типы связей между функциями 

Одним из важных моментов при проектировании ИС с  помощью методологии SADT является точная согласованность типов связей между функциями. Различают по крайней мере семь типов связывания:

Случайная  Логическая  Временная  Процедурная  Коммуникационная Последовательная  Функциональная Ниже каждый тип связи кратко определен и проиллюстрирован с помощью типичного примера из SADT. Тип случайной связности: наименее желательный. Случайная связность возникает, когда конкретная связь между функциями мала или полностью отсутствует. Это относится к ситуации, когда имена данных на SADT-дугах в одной диаграмме имеют малую связь друг с другом(1) Тип логической связности. Логическое связывание происходит тогда, когда данные и функции собираются вместе вследствие того, что они попадают в общий класс или набор элементов, но необходимых функциональных отношений между ними не обнаруживается.

(2) Тип временной  связности. Связанные по времени  элементы возникают вследствие  того, что они представляют функции,  связанные во времени, когда  данные используются одновременно  или функции включаются параллельно,  а не последовательно.

(3) Тип процедурной  связности. Процедурно-связанные  элементы появляются сгруппированными  вместе вследствие того, что они  выполняются в течение одной  и той же части цикла или  процесса (4) Тип коммуникационной  связности. Диаграммы демонстрируют коммуникационные связи, когда блоки группируются вследствие того, что они используют одни и те же входные данные и/или производят одни и те же выходные данные (5) Тип последовательной связности. На диаграммах, имеющих последовательные связи, выход одной функции служит входными данными для следующей функции. Связь между элементами на диаграмме является более тесной, чем на рассмотренных выше уровнях связок, поскольку моделируются причинно-следственные зависимости (6) Тип функциональной связности. Диаграмма отражает полную функциональную связность, при наличии полной зависимости одной функции от другой. Диаграмма, которая является чисто функциональной, не содержит чужеродных элементов, относящихся к последовательному или более слабому типу связности. Одним из способов определения функционально-связанных диаграмм является рассмотрение двух блоков, связанных через управляющие дуги В математических терминах необходимое условие для простейшего типа функциональной связности, показанной на рисунке 12, имеет следующий вид:

C = g(B) = g(f(A))

Ниже в  таблице представлены все типы связей, рассмотренные выше. Важно отметить, что уровни 4-6 устанавливают типы связностей, которые разработчики считают  важнейшими для получения диаграмм хорошего качества.

Сегодня существует богатая палитра методологий и инструментальных средств ССА. Наиболее распространены следующие методологии:

SADT - методология структурного анализа и проектирования.

IDEF0 - методология функционального моделирования, являющаяся составной частью SADT и позволяющая описать бизнес-процесс в виде иерархической системы взаимосвязанных функций.

IDEF1X - методология информационного моделирования, являющаяся составной частью SADT и основанная на концепции "сущность связь".

IDEF3 - методология описания процессов, рассматривающая последовательность выполнения и причинно-следственные связи между ситуациями и событиями для структурного представления знаний о системе.

IDEF4 - методология объектно-ориентированного проектирования сложных систем, описывающая структуру, поведение и реализацию систем с использованием терминов класса объектов.

IDEF5 - методология онтологического анализа систем, т.е. анализа основных терминов и понятий (словаря), используемых для характеристики объектов и процессов, границ использования, взаимосвязей между ними.

DFD (Data Flow Diagrams - диаграммы потоков данных) методология структурного анализа, описывающая внешние по отношению к системе источники и адреса, логические функции, потоки и хранилища данных, к которым осуществляется доступ.

ERD (Entity-Relationship Diagrams - диаграммы "сущность - связь") способ определения данных и отношений между ними, обеспечивающий детализацию хранилищ данных проектируемой системы, включая идентификацию объектов (сущностей), свойств этих объектов (атрибутов) и их отношений с другими объектами (связей).

STD (State Transition Diagrams - диаграммы переходов состояний) методология моделирования последующего функционирования системы на основе ее предыдущего и текущего функционирования.

CRN (Color Petri Nets - раскрашенные сети Петри) методология создания динамической модели бизнес-процесса, позволяющая проанализировать зависящие от времени характеристики процесса и распределение ресурсов для входящих потоков различной структуры.

ABC (Activity Based Costing - функционально-стоимостный анализ) метод определения стоимости и других характеристик изделий и услуг на основе функций и ресурсов, задействованных в бизнес-процессах.

Используя перечисленные средства, можно создать полное описание экономической  или информационной системы (того, что делает или должна делать система).

Функциональное моделирование

 

Задача функционального моделирования  состоит в представлении системы  в виде совокупности взаимосвязанных  функций. В качестве методологического инструмента функционального моделирования рассмотрим методологию IDEF0, которая включает в себя метод IDEF0, а также методы и процедуры, его поддерживающие.

В методе IDEF0 можно выделить такие составляющие, как концепция метода, графический язык, процедура чтения диаграммы, метод построения модели, критерии оценки качества и др.

В структуру организационной поддержки  метода IDEFO входят:

процедура сбора данных (интервьюирование);

метод групповой работы;

формы документирования модели;

процедуры согласования и утверждения модели.

Концепция IDEFO-моделей

IDEF0-модель описывает: что система делает, что она производит, какая информация используется для управления, какие ресурсы и средства применяются для исполнения ее функций.

Одним из достоинств IDEF0-моделей является то, что они обеспечивают возможность обмена информацией о рассматриваемом объекте на языке, понятном не только аналитику и разработчику системы, но и специалисту-эксперту в предметной области, пользователю, руководителю (Д. Росс назвал технику структурного анализа языком для передачи понимания). В основе метода IDEF0 лежат следующие концептуальные положения:

графическое представление модели в виде иерархии диаграмм, обеспечивающее компактность представления информации;

максимальная выразительность, т.е. способность наилучшим образом обеспечить "понимаемость" модели;

строгость и точность представления;

пошаговые процедуры разработки модели, ее просмотра и объединения;

отделение организации от функции  исключение влияния организационной  структуры на функциональную модель.

IDEFO-модель составляется из иерархического ряда диаграмм, которые постепенно отображают уровни все более подробных описаний функций и их интерфейсов в пределах системы. Диаграмма, находящаяся на вершине модели, обобщает всю рассматриваемую систему. Диаграммы первого уровня представляют важнейшие подсистемы с их взаимосвязями, а диаграммы самого нижнего уровня представляют детализированные функции, с помощью которых, собственно, и работает система.

Можно назвать три основных типа диаграмм, используемых в IDEF0-моделях: графические, текстовые и глоссарии.

Графические диаграммы главный  компонент модели определяют функции  и функциональные отношения. Эти функции в дальнейшем разбиваются (декомпозируются) на более детальные диаграммы, пока подсистема не будет описана на уровне, удовлетворяющем цели проекта.

Текстовые диаграммы и глоссарии (словари) обеспечивают дополнительную информацию для графических диаграмм. Кроме того, могут использоваться и так называемые поясняющие диаграммы FEO.

Однако до начала построения модели необходимо определиться с целью  моделирования, границей системы и  точкой зрения модели.

Цель моделирования

 

Создаваемая IDEF0-модель имеет конкретное назначение, называемое целью модели. Цель моделирования можно определить с учетом следующего формального определения модели: