Технологии реинжиниринга и параллельного проектирования

Взаимосвязанная совокупность методик IDEF для концептуального проектирования разработана по программе Integrated Computer Aided Manufacturing в США. В этой совокупности имеются методики функционального, информационного и поведенческого моделирования и проектирования, в ее состав в настоящее время входят IDEF-методики, часть из которых имеет статус международного стандарта.

Методики IDEF задают единообразный подход к моделированию приложений, но не затрагивают проблем единообразного представления данных в процессах информационного обмена между разными компьютерными системами и приложениями. Необходимость решения этих проблем в интегрированных АС привела к появлению ряда унифицированных форматов представления данных в межкомпьютерных обменах, среди которых наиболее известными являются форматы IGES, DXF (в машиностроительных приложениях), EDIF (в электронике) и некоторые другие. Однако ограниченные возможности этих форматов обусловили продолжение работ в направлении создания более совершенных методик и представляющих их стандартов. На эту роль в настоящее время претендует совокупность стандартов STEP.

Методика IDEF0

Как отмечено выше, наиболее известной методикой функционального моделирования сложных систем является методика SADT (Structured Analysis and Design Technique), положенная в основу стандарта IDEF0.

IDEF0 — это более четко очерченное представление методики SADT. SADT — методика, рекомендуемая для начальных стадий проектирования сложных искусственных систем управления, производства, бизнеса, включающих людей, оборудование, ПО. Начиная с момента создания первой версии, методика успешно применялась для проектирования телефонных сетей, систем управления воздушными перевозками, производственных предприятий и др.

Разработку SADT-модели начинают с формулировки вопросов, на которые модель должна давать ответы, т. е. формулируют цель моделирования. Далее строят иерархическую совокупность диаграмм с лаконичным описанием функций. При этом рассмотрение ведется с позиций определенной точки зрения (аспекта), иначе модель окажется размытой и малополезной.

Недостатки SADT-моделей — их слабая формализованность для автоматического выполнения проектных процедур на их основе. Однако наличие графического языка диаграмм, удобного для восприятия человеком, обусловливает полезность и применимость методики SADT.

Описание объектов и процессов в SADT (IDEF0) выполняется в виде совокупности взаимосвязанных блоков (рис. 3). Блоки выражают функции (работы), поэтому их названиями являются глаголы. Типичные примеры функций: планировать, разработать, классифицировать, измерить, изготовить, отредактировать, рассчитать, продать. Число блоков на одном уровне иерархии — не более 6. Число уровней иерархии не ограничено, но обычно их не более 5. Блоки нумеруются (номер записывается в правом нижнем углу). Дуги (стрелки) отображают множества объектов (данных), их имена — существительные. Управление определяет условия выполнения, примеры управления: требования, чертеж, стандарт, указания, план. Механизм выражает используемые средства, например: компьютер, оснастка, заказчик, фирма. Входы и выходы могут быть любыми объектами.

Блоки рис. 3 в англоязычной литературе называют блоками ICOM (Input-Control-Output-Mechanism).

Рассмотрим пример функциональной модели для процесса создания САПР на предприятии, на котором ранее автоматизация проектирования была развита слабо.

Диаграмма верхнего (нулевого) уровня АО включает единственный блок ICOM «Разработать САПР». В качестве исполнителей фигурируют специализированная организация, занимающаяся проектированием автоматизированных систем и называемая консалтинговой фирмой, а также представители организации-заказчика, объединенные в создаваемый на предприятии отдел САПР.

Рис. 3. Блок IDEFO-диаграмм

Диаграмма первого уровня, показанная на рис. 4, а, включает блоки А1 — обследования предприятия, А2 — проектирования САПР, A3 — реализации САПР и А4 — испытаний системы. Диаграммы следующего второго уровня, раскрывающие первые блоки Al, A2 и A3, представлены на рис. 4, б, в и г соответственно (на этих рисунках не отмечены данные, соответствующие внутренним стрелкам диаграмм, а также стрелки условия «финансы»). При обследовании предприятия специалисты консалтинговой фирмы вместе с работниками отдела САПР изучают структуру предприятия, типичные маршруты проектирования, информационные потоки и на этой базе разрабатывают модель «As Is». Далее создается новая модель «То Be» с учетом не только требований автоматизации проектирования, но и будущих информационных потребностей процессов управления и делопроизводства. Модель «То Be» составляет основу технического предложения на создание САПР.

Рис. 4. Функциональная модель процесса создания САПР:

а — IDEFO-диаграмма первого уровня; б — IDEFO-диаграмма обследования предприятия; в — IDEFO-диаграмма проектирования САПР; г — IDEFO- диаграмма реализации проекта САПР

При проектировании САПР выбирают аппаратно-программную платформу, базовое ПО проектирующих и обслуживающих подсистем, разрабатывают структуру корпоративной сети, определяют типы сетевого оборудования, серверов и рабочих станций, выявляют необходимость разработки оригинальных программных компонентов.

Реализация проекта САПР включает подготовку помещений, монтаж кабельной сети, обучение будущих пользователей САПР, закупку и инсталляцию ТО и ПО.

Разработка SADT-моделей состоит из ряда этапов:

1. Сбор информации. Источниками информации могут быть документы, наблюдение, анкетирование и т. п. Существуют специальные методики выбора экспертов и анкетирования.

2. Создание модели. Используется нисходящий стиль: сначала разрабатываются верхние уровни, затем нижние.

3. Рецензирование модели. Реализуется в итерационной процедуре рассылки модели на отзыв и ее доработки по замечаниям рецензентов, в завершение собирается согласительное совещание.

Связи функциональной модели, отражающей функции, со структурной моделью, отражающей средства выполнения функций, выражаются с помощью специальных словарей, дающих однозначное толкование вводимым именам ресурсов.

Дальнейшее использование IDEFO-модели — конкретизация задач выбора ресурсов, разработка планов реализации, переход к имитационным моделям и т. п.

Методика IDEF3

Поведенческое моделирование сложных систем используют для исследования динамики их функционирования. В основе поведенческого моделирования лежат модели и методы имитационного моделирования систем массового обслуживания, сети Петри, возможно применение конечно-автоматных моделей, описывающих поведение системы, как последовательности смены состояний.

Поведенческие аспекты приложений отражает методика IDEF3. Если методика IDEFO связана с функциональными аспектами и позволяет отвечать на вопросы «Что делает система?», то в IDEF3 детализируются и конкретизируются IDEFO-функции, IDEF3-модель отвечает на вопросы «Как система это делает?». Язык IDEF3 — язык диаграмм, помогающий разработчику моделей наглядно представить моделируемые процессы. В IDEF3 входят два типа описаний:

1) процесс-ориентированные в виде последовательности операций;

2) объект-ориентированные, представляемые диаграммами перехода состояний, характерными для конечно-автоматных моделей.

На рис. 5 представлен пример процесс-ориентированной IDEF3-диаграммы. Здесь функции (операции) показаны прямоугольниками с горизонтальной чертой, отделяющей верхнюю секцию с названием функции от нижней секции, содержащей номер функции. Связи, отражающие последовательность выполнения функций, изображаются сплошными линиями-стрелками. Для указания разветвлений и слияний связей (их принято называть перекрестками) используют квадраты, у которых одна или обе вертикальные стороны представлены двойными линиями, а внутри квадрата записан один из символов &, О или X. При разветвлении эти символы означают реакцию всех, некоторых или только одной из последующих функций на входное воздействие соответственно. Аналогичный смысл имеют символы &, О или X при слиянии — последующая функция начинает выполняться после окончания всех, некоторых или только одной из входных операций.

Рис. 5. IDEF3-диаграмма последовательности операций

На рис. 6 представлен пример объект-ориентированной IDEF3-диаграммы. В таких диаграммах имеются средства для изображения состояний системы, активностей, переходов из состояния в состояние и условий перехода.

Рис. 6. IDEF3-диаграмма перехода состояний

Диаграммы IDEFO или IDEF3 могут быть преобразованы в имитационные модели, если задать дополнительные свойства функций, характеризующие затраты ресурсов. Чаще всего имитационные модели представляют в виде сетей Петри. Преобразование связано с введением времени в функциональную IDEFO или в поведенческую IDEF3-модель, с заменой функций переходами, а объектов, отождествляемых со стрелками блоков ICOM, с метками в сетях Петри.