Методика разработки функциональных моделей среде IDEF 0. Понятия: система, функциональный блок, потоки, информация

IDEF0 используется для создания функциональной модели, отображающей структуру и функции системы, а также потоки информации и материальных объектов, связывающие эти функции.

Блок. Блок описывает функцию. Типичный блок показан на рис. 1. Внутри каждого блока помещается его имя и номер. Имя должно быть активным глаголом или глагольным оборотом, описывающим функцию. Номер блока размещается в правом нижнем углу. Номера блоков используются для их идентификации на диаграмме и в соответствующем тексте.

Стрелка формируется из одного или более отрезков прямых и наконечника на одном конце. Как показано на рис. 2, сегменты стрелок могут быть прямыми или ломаными; в последнем случае горизонтальные и вертикальные отрезки стрелки сопрягаются дугами, имеющими угол 90^о. Стрелки не представляют поток или последовательность событий, как в традиционных блок-схемах потоков или процессов. Они лишь показывают, какие данные или материальные объекты должны поступить на вход функции для того, чтобы эта функция могла выполняться. Рис. 2. Синтаксис стрелок.

Поскольку IDEF0 есть методология функционального моделирования, имя блока, описывающее функцию, должно быть глаголом или глагольным оборотом; например, имя блока "Выполнить проверку", означает, что блок с таким именем превращает непроверенные детали в проверенные. После присваивания блоку имени, к соответствующим его сторонам присоединяются входные, выходные и управляющие стрелки, а также стрелки механизма, что и определяет наглядность и выразительность изображения блока IDEF0.

Чтобы гарантировать точность модели, следует использовать стандартную терминологию. Блоки именуются глаголами или глагольными оборотами и эти имена сохраняются при декомпозиции Стрелки и их сегменты, как отдельные, так и связанные в «пучок», помечаются существительными или оборотами существительного. Метки сегментов позволяют конкретизировать данные или материальные объекты, передаваемые этими сегментами, с соблюдением синтаксиса ветвлений и слияний.

Каждая сторона функционального блока имеет стандартное значение с точки зрения связи блок/стрелки, В свою очередь, сторона блока, к которой при- соединена стрелка, однозначно определяет ее  роль. Стрелки, входящие в левую сторону блока - входы. Входы преобразуются или расходуются функцией, чтобы создать то, что появится на ее выходе.  Стрелки, входящие в блок сверху - управления. Управления определяют условия, необходимые функции, чтобы произвести правильный выход.   Стрелки, покидающие блок справа – выходы, т.е. данные или материальные объекты, произведенные функцией. Стрелки, подключенные к нижней стороне блока, представляют механизмы. Стрелки, направленные вверх, идентифицируют средства, поддерживающие выполнение функции. Другие средства могут наследоваться из родительского блока. Стрелки механизма, направленные вниз, являются стрелками вызова. Стрелки вызова обозначают обращение из данной модели или из данной части модели к блоку, входящему в состав другой модели или другой части модели, обеспечивая их связь, т.е. разные модели или разные части одной и той же модели могут совместно использовать один и тот же элемент (блок).

Стандартное расположение стрелок показано на рис.3.

Диаграммы IDEF0.

 

IDEF0-модели состоят из трех типов документов: графических диаграмм, текста и глоссария. Эти документы имеют перекрестные ссылки друг на друга. Графическая диаграмма – главный компонент IDEF0-модели, содержащий блоки, стрелки, соединения блоков и стрелок и ассоциированные с ними отношения. Блоки представляют основные функции моделируемого объекта. Эти функции могут быть разбиты (декомпозированы) на составные части и представлены в виде более подробных диаграмм; процесс декомпозиции продолжается до тех пор, пока объект не будет описан на уровне детализации, необходимом для достижения целей конкретного проекта. Диаграмма верхнего уровня обеспечивает наиболее общее или абстрактное описание объекта моделирования. За этой диаграммой следует серия дочерних диаграмм, дающих более детальное представление об объекте.

Контекстная диаграмма верхнего уровня.

Каждая модель должна иметь контекстную диаграмму верхнего уровня, на которой объект моделирования представлен единственным блоком с граничными стрелками. Эта диаграмма называется  A-0 (А минус нуль). Стрелки на этой диаграмме отображают связи объекта моделирования с окружающей средой. Поскольку единственный блок представляет весь объект, его имя – общее для всего проекта. Это же справедливо и для всех стрелок диаграммы, поскольку они представляют полный комплект внешних интерфейсов объекта. Диаграмма A-0 устанавливает область моделирования и ее границу.

Контекстная диаграмма A-0 также должна содержать краткие утверждения, определяющие точку зрения должностного лица или подразделения, с позиций которого создается модель, и цель, для достижения которой ее разрабатывают. Эти утверждения помогают руководить разработкой модели и ввести этот процесс в определенные рамки. Точка зрения определяет, что и в каком разрезе можно увидеть в пределах контекста модели.       Изменение точки зрения, приводит к рассмотрению других  аспектов объекта. Аспекты, важные с одной точки зрения, могут не появиться в модели, разрабатываемой с другой точки зрения на тот же самый объект.

Формулировка цели выражает причину создания модели, т.е. содержит перечень вопросов, на которые должна отвечать модель, что в значительной мере определяет ее структуру. Наиболее важные свойства объекта обычно выявляются на верхних уровнях иерархии; по мере декомпозиции функции верхнего уровня и разбиения ее на подфункции, эти свойства уточняются. Каждая подфункция, в свою очередь, декомпозируется на элементы следующего уровня, и так происходит до тех пор, пока не будет получена релевантная структура, позволяющая ответить на вопросы, сформулированные в цели моделирования. Каждая подфункция моделируется отдельным блоком. Каждый родительский блок подробно описывается дочерней диаграммой наиболее низком уровне. Все дочерние диаграммы должны быть в пределах области контекстной диаграммы верхнего уровня.

При декомпозиции блоков, номера для блоков формируются следящим образом

Диаграмме может быть поставлен в соответствие структурированный текст, представляющий собой краткий комментарий к содержанию диаграммы. Текст используется для объяснений и уточнений характеристик, потоков, внутри блочных соединений и т.д. Текст не должен использоваться для описания и без того понятных блоков и стрелок на диаграммах.

Глоссарий предназначен для определения аббревиатур (акронимов), ключевых слов и фраз, используемых в качестве имен и меток на диаграммах. Глоссарий определяет понятия и термины, которые должны быть одинаково понимаемы всеми участниками разработки и пользователями модели, чтобы правильно интерпретировать ее содержание.

Стрелки на диаграмме IDEF0, представляя данные или материальные объекты, одновременно задают своего рода ограничения (условия). Входные и управляющие стрелки блока, соединяющие его с другими блоками или с внешней средой, по сути описывают условия, которые должны быть выполнены для того, чтобы реализовалась функция, записанная в качестве имени блока.

В методологии IDEF0 существует 6 (шесть) типов отношений между блоками в пределах одной диаграммы:

Предполагается, что блоки, расположенные на диаграмме выше и левее, «доминируют» над блоками, расположенными ниже и правее. «Доминирование» понимается как влияние, которое один блок оказывает на другие блоки диаграммы.

Отношения управления и выход – вход являются простейшими, поскольку отражают прямые взаимодействия, которые понятны и очевидны.

Отношение управления возникает тогда, когда выход одного блока служит управляющим воздействием на блок с меньшим доминированием.

Отношение выход – вход возникает при соединении выхода одного блока с входом другого блока с меньшим доминированием.

Обратная связь по управлению и обратная связь по входу являются более сложными типами отношений, поскольку они представляют итерацию (выход функции влияет на будущее выполнение других функций с большим доминированием, что впоследствии влияет на исходную функцию).

Обратная связь по управлению возникает тогда, когда выход некоторого блока создает управляющее воздействие на блок с большим доминированием.

Отношение обратной связи по входу имеет место тогда, когдавыход блока становиться входом другого блока с большим доминированием.

Связи «выход – механизм» отражают ситуацию, при которой выход одной функции становиться средством достижения цели для другой.

Связи «выход – механизм» возникают при отображении в модели процедур пополнения и распределения ресурсов, создания или подготовки средств для выполнения функций системы (например, приобретение или изготовление требуемых инструментов и оборудования, обучение персонала, организация физического пространства,, финансирование, закупка материалов и т.д.;

Туннель - круглые скобки в начале и/или окончании стрелки. Туннельные стрелки означают, что данные, выраженные этими стрелками, не рассматриваются на родительской диаграмме и/или на дочерней диаграмме. Стрелка, помещенная в туннель там, где она присоединяется к блоку означает, что данные, выраженные этой стрелкой, не обязательны на следующем уровне декомпозиции. Стрелка, помещаемая в туннель на свободном конце (рис. 23) означает, то выраженные ею данные отсутствуют на родительской диаграмме.

Правила построения диаграмм

1. В составе модели должна присутствовать контекстная диаграмма A-0, которая содержит только один блок. Номер единственного блока на контекстной диаграмме A-0 должен быть 0.

2.  Блоки на диаграмме должны располагаться по диагонали – от левого верхнего угла диаграммы до правого нижнего в порядке присвоенных номеров. Блоки на диаграмме, расположенные вверху слева «доминируют» над блоками, расположенными внизу справа. «Доминирование» понимается как влияние, которое блок оказывает на другие блоки диаграммы. Расположение блоков на листе диаграммы отражает авторское понимание доминирования. Таким образом, топология диаграммы показывает, какие функции оказывают большее влияние на остальные.

 3. Неконтекстные диаграммы должны содержать не менее трех и не более шести блоков. Эти ограничения поддерживают сложность диаграмм на уровне, доступном для чтения, понимания и использования. Диаграммы с количеством блоков  менее  трех вызывают серьезные сомнения в необходимости декомпозиции родительской функции. Диаграммы с количеством блоков более шести сложны для восприятия читателями и вызывают у автора трудности при внесении в нее всех необходимых графических объектов и меток.

4. Каждый блок неконтекстной диаграммы получает номер, помещаемый в правом нижнем углу; порядок нумерации - от верхнего левого к нижнему правому блоку (номера от 1 до 6).

5. Каждый блок, подвергнутый декомпозиции, должен  иметь ссылку на дочернюю диаграмму; ссылка (например, узловой номер, C-номер или номер страницы) помещается под правым нижним углом блока.

6. Имена блоков (выполняемых функций) и метки стрелок должны быть уникальными. Если метки стрелок совпадают, это значит, что стрелки отображают тождественные данные.

7. При наличии стрелок со сложной топологией целесообразно повторить метку для удобства ее идентификации.

8. Следует обеспечить максимальное расстояние между блоками и поворотами стрелок, а также между блоками и пересечениями стрелок для облегчения чтения диаграммы. Одновременно уменьшается вероятность перепутать две разные стрелки.

9. Блоки всегда должны иметь хотя бы одну управляющую и одну выходную стрелку, но могут не иметь входных стрелок.

10. Если одни и те же данные служат и для управления, и для входа, вычерчивается только стрелка управления. Этим подчеркивается управляющий характер данных и уменьшается сложность диаграммы.

11. Максимально увеличенное расстояние между параллельными стрелками облегчает размещения меток, их чтение и позволяет проследить пути стрелок.

12. Стрелки связываются (сливаются), если они представляют сходные данные и их источник не указан на диаграмме.

13. Обратные связи по управлению должны быть показаны как "вверх и над" Обратные связи по входу должны быть показаны как "вниз и под". Так же показываются обратные связи посредством механизма. Таким образом обеспечивается показ обратной связи при минимальном числе линий и пересечений.

14. Циклические обратные связи для одного и того же блока изображаются только для того, чтобы их выделить. Обычно обратную связь изображают на диаграмме, декомпозирующей блок. Однако иногда требуется выделить повторно используемые объекты.

15. Стрелки объединяются, если они имеют общий источник или приемник, или они представляют связанные данные. Общее название лучше описывает суть данных. Следует минимизировать число стрелок, касающихся каждой стороны блока, если, конечно, природа данных не слишком разнородна (рис.29).

16. Если возможно, стрелки присоединяются к блокам в одной и той же позиции. Тогда соединение стрелок конкретного типа с блоками будет согласованным и чтение диаграммы упростится.

17. При соединении большого числа блоков необходимо избегать необязательных пересечений стрелок. Следует минимизировать число петель и поворотов каждой стрелки.

18. Блоки (функции) являются сопряженными через среду, если они имеют связи с источником, генерирующим данные, без  конкретного определения отношения отдельной части данных к какому-либо блоку.

19, Две или более функций являются сопряженными через запись, если они связаны с набором данных и не обязательно зависят от того, представлены ли все возможные интерфейсы как сопряжение через среду. Тип интерфейса, показанный на рисунке 34, предпочтителен, поскольку определяются отношения конкретных элементов данных к каждому блоку.

20. Необходимо использовать (где это целесообразно) выразительные возможности ветвящихся стрелок.

Интегрированная структурная модель (расширенная DFD)

Интегрированная структурная модель (расширенная DFD)

•Диаграммы, иллюстрирующие функции, которые система должна выполнять, и связи между этими функциями - для этой цели используются собственно диаграммы потоков данных DFD, дополненные словарями данных и спецификациями процессов нижнего уровня;

•Диаграммы, моделирующие данные и их взаимосвязи, - для этой цели используются диаграммы «сущность-связь» ERD (Entity-Relationship Diagrams);

•Диаграммы, моделирующие поведение системы, - для этой цели используются диаграммы переходов состояний STD (State Transition Diagrams).

DFD (Data Flow Diagrams)

• DFD (Data Flow Diagramming) - это стандарт моделирования, в котором система представляется в виде сети работ, соединенных между собой объектами, взаимодействующими с результатами данных работ.

• Сфера применения DFD находится в области моделирования информационных потоков организации. В этой нотации моделируется не последовательность работ, а именно потоки информации (данных) между работами и объектами, которые используют, хранят или "рождают" эти данные.

 

//напоминание из лекции: отчет – это документ, на основ которого формируются управленческие решения

Базовая нотация DFD.

· •Поток данных

· •Процесс

· •Накопитель

· •Внешняя сущность

Поток данных (Data flow)

· •Механизм, использующейся для моделирования передачи информации (или даже физических компонентов) из одной части системы в другую.

· •Потоки на диаграммах обычно изображаются именованными стрелками (при этом имя потока отражает его содержимое), ориентация которых указывает направление движения информации

· •Название потока должно быть выражено существительным.

Процесс (Process)

· •Назначение процесса состоит в продуцировании выходных потоков из входных в соответствии с действием, задаваемым именем процесса.

· •Имя должно содержать глагол в неопределенной форме с последующим дополнением (например, ВЫЧИСЛИТЬ МАКСИМАЛЬНУЮ ВЫСОТУ) или отглагольное существительное (ВЫЧИСЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ВЫСОТЫ).

Накопитель данных (Data store)

· •Позволяет на определенных участках определять данные, которые будут сохраняться вне процессов.

· •Информация, которую он содержит, может использоваться в любое время после ее определения, при этом данные могут выбираться в любом порядке.

· •Имя накопителя должно идентифицировать его содержимое и быть существительным во множественном числе.

· •При этом не уточняется способ помещения и извлечения данных в накопитель, нас не интересует, происходит ли извлечение данных для чтения (копирования) или для изъятия и другие подобные вопросы

Внешняя сущность (External Entity)

· •Сущность вне контекста системы, являющаяся источником или приемником системных данных, например ЗАКАЗЧИК, ПОСТАВЩИК, СКЛАД ТОВАРОВ.

· •Определение некоторого объекта в качестве внешней сущности указывает на то, что он находится за пределами анализируемой системы.

· •Предполагается, что такие объекты не должны участвовать ни в какой обработке.

· •Внешняя сущность располагается только на контекстной диаграмме DFD

Информационный канал

· •Слияние, состоящее из нескольких детализированных (структурированных) потоков данных.

· •Например, на диаграмме верхнего уровня может находиться один информационный поток, а при детализации на следующих уровнях иерархии может выясниться, что данный поток есть результат слияния нескольких потоков.