Функциональное моделирование в методике IDEF0

Концепция IDEF0

Рисунок 2. Типичная диаграмма IDEF0

Методология IDEF0 (Integrated Definition Function Modeling) основана на подходе, разработанном Россом (Douglas T. Ross) в начале 70-х годов и получившем название SADT (Structured Analysis & Design Technique, - метод структурного анализа и проектирования) [10]. На рисунке 2 представлен пример IDEF0-модели.

Основу подхода и, как следствие, методологии IDEF0 составляет графический язык моделирования систем, обладающий следующими свойствами:

1. графический язык - полное и выразительное средство, способное наглядно представлять широкий спектр деловых, производственных и других процессов и операций предприятия на любом уровне детализации;

2. язык обеспечивает точное и лаконичное описание моделируемых объектов, удобство использования и интерпретации этого описания.

3. язык облегчает взаимодействие и взаимопонимание системных аналитиков, разработчиков и персонала изучаемого объекта (предприятия);

4. язык может генерироваться рядом CASE-средств, например, BPwin (компания Computer Associates, http://www.ca.com).

Эти свойства предопределили выбор методологии IDEF0 в качестве базового средства анализа и синтеза производственно-технических и организационно-экономических систем, что нашло свое отражение в принятии методологии в 1993 г. федеральным стандартом Национальным институтом по стандартам и технологиям США (NIST) [11]. В 2000 г. методология IDEF0 была использована в нормативном документе Российской Федерации по функциональному моделированию в статусе «Рекомендации по стандартизации» [12].

Методология IDEF0 основана на следующих концептуальных положениях:

Модель - искусственный объект, представляющий собой отображение системы и ее компонентов. М моделирует А, если М отвечает на вопросы относительно А. Модель разрабатывают для понимания, анализа и принятия решений о реконструкции (реинжиниринге) или проектировании новой системы. Система представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, выполняющих некоторую полезную работу. Элементами системы могут быть любые комбинации разнообразных сущностей, включающих людей, информацию, программное обеспечение, оборудование, изделия, сырье или энергоносители. Модель описывает, что происходит в системе, как ею управляют, какие сущности она преобразует, какие средства использует для выполнения своих функций и что производит.

Блочное моделирование и его графическое представление. Основной концептуальный принцип методологии IDEF - представление любой изучаемой системы в виде набора взаимодействующих и взаимосвязанных блоков, отображающих процессы, операции, действия, происходящие в изучаемой системе. В IDEF0 все, что происходит в системе и ее элементах, принято называть функциями. Каждой функции ставится в соответствие блок. На IDEF0-диаграмме, основном документе при анализе и проектировании систем, блок представляет собой прямоугольник. Связи, посредством которых блок взаимодействует с другими блоками или с внешней по отношению к моделируемой системе средой, представляются стрелками, входящими в блок или выходящими из него. Входящие стрелки показывают, какие условия должны быть одновременно выполнены, чтобы функция, описываемая блоком, осуществилась.

Строгость и формализм. Разработка моделей IDEF0 требует соблюдения ряда строгих формальных правил, обеспечивающих преимущества методологии в отношении однозначности, точности и целостности сложных многоуровневых систем.

Итеративное моделирование. Разработка модели в IDEF0 представляет собой итеративную процедуру. На каждом шаге итерации разработчик предлагает вариант модели, который подвергают обсуждению и последующему редактированию, после чего цикл повторяется.

Отделение «организации» от «функций». При разработке моделей следует избегать изначальной привязки функций исследуемой системы к существующей организационной структуре моделируемого объекта. Организационная структура должна явиться результатом использования модели. Сравнение результата с существующей структурой позволяет: оценить адекватность модели, предложить решения, направленные на совершенствование этой структуры.

Синтаксис IDEF0

Компоненты синтаксиса языка IDEF0 - это блоки, стрелки, диаграммы, правила.

Блоки представляют функции, определяемые как деятельность, процесс, операция, действие или преобразование. Стрелки - данные или материальные объекты, связанные с функциями. Правила определяют как следует применять компоненты. Диаграммы обеспечивают формат графического и словесного описания модели.

Семантика IDEF0

Рисунок 3. Основные компоненты IDEF0

IDEF0 - это методология функционального моделирования и поэтому имя блока описывающее функцию, должно быть глаголом или глагольным оборотом. Примеры имен функций: производить детали, наблюдать за выполнением.

Стрелки и их сегменты помечаются существительными или оборотами существительных. Примеры меток стрелок: менеджер, бюджет.

Каждая сторона блока имеет своё определенное значение с точки зрения связи блок-стрелка. Верхняя сторона имеет значение «управление», левая - «вход», правая - «выход», а нижняя - «механизм». В свою очередь, сторона блока, к которой присоединена стрелка, однозначно определяет ее роль. Пример блока представлен на рисунке 3.

В IDEF0 различают пять классов стрелок - стрелка входа, стрелка выхода, стрелка управления, стрелка механизма, стрелка вызова.

Стрелка входа - это материал или данные, которые преобразуются или расходуются функцией, чтобы создать то, что появится на ее выходе. Стрелка входа рисуется как входящая в левую грань блока. Допускается, что функция может не иметь ни одной стрелки входа. Часто бывает сложно определить, являются ли данные входом, или управлением. В том случае, когда данные изменяются или перерабатываются, это вход, если нет - управление.

Стрелка управления - это правила, стратегии, процедуры, стандарты, которые определяют условия, необходимые функции, чтобы произвести правильный выход. Стрелка управления рисуется как входящая в верхнюю грань блока. Каждая функция должна иметь хотя бы одну стрелку управления. Управление влияет на функцию, но не преобразуется функцией. Если цель функции - изменить процедуру, то такая процедура будет для функции входом. В случае возникновения неопределенности в классифицировании стрелки (вход или управление) рекомендуется создавать стрелку управления.

Стрелка выхода - это данные или материальные объекты, произведенные функцией. Стрелка выхода рисуется как выходящая из правой грани блока. Каждая функция должна иметь хотя бы одну стрелку выхода. Функция без выхода не имеет смысла и не должна моделироваться.

Стрелка механизма - это ресурсы (персонал, техника, оборудование), поддерживающие выполнение функции. Стрелка механизма рисуется как входящая в нижнюю грань блока. Стрелка механизма может не изображаться на модели.

Стрелка вызова - это стрелка, указывающая на другую модель. Стрелка вызова рисуется как исходящая из нижней грани блока. Такая стрелка используется как указание на то, что некоторая функция выполняется за пределами моделируемой системы.

IDEF0-модели состоят из трех типов документов: графических диаграмм, текста, глоссария. Эти документы имеют перекрестные ссылки друг на друга.

Графическая диаграмма - главный компонент модели, содержащий блоки, стрелки, соединения блоков и стрелок. Диаграмма является единицей описания системы и располагается на отдельном листе.

Блоки представляют основные функции моделируемого объекта. Эти функции могут быть 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.

Модель может содержать следующие типы графических диаграмм: контекстная, декомпозиции, дерева узлов, иллюстрации.

Каждая модель должна иметь контекстную диаграмму верхнего уровня, на которой объект моделирования представлен единственным блоком с граничными стрелками. Эта диаграмма называется А-0. Стрелки на этой диаграмме отображают связи объекта моделирования с окружающей средой. Диаграмма А-0 устанавливает область моделирования и ее границу. Необходимо установить, что входит в систему, а что лежит за ее пределами, то есть определить, что будет рассматриваться как компоненты системы, а что - как внешнее воздействие.

В пояснительном тексте к контекстной диаграмме должна быть указана цель построения диаграммы и зафиксирована точка зрения. Цель - это краткая формулировка причины создания модели. Цель должна отвечать на вопросы: почему этот процесс должен быть смоделирован? что должна показать модель? что может получить читатель?

Точка зрения - это указание на должностное лицо или подразделение организации, с позиции которого разрабатывается модель. Точка зрения определяет основное направление развития модели и уровень необходимой детализации. Четкое фиксирование точки зрения позволяет разгрузить модель, отказавшись от детализации и исследования отдельных элементов, не являющихся необходимыми, исходя из выбранной точки зрения на систему. Например, модели одного и того же предприятия с точек зрения главного технолога и финансового директора будут существенно различаться. Это связано с тем, что в конечном итоге финансового директора не интересуют аспекты обработки сырья на производственном оборудовании, а главному технологу ни к чему прорисованные схемы финансовых потоков.

Единственная функция, представленная на контекстной диаграмме верхнего уровня, может быть разложена на основные подфункции посредством создания дочерней диаграммы. В свою очередь, каждая из этих подфункций может быть разложена на составные части посредством создания дочерней диаграммы следующего, более низкого уровня. Каждая дочерняя диаграмма содержит дочерние блоки и стрелки, обеспечивающие дополнительную детализацию родительского блока.

Дочерняя диаграмма, создаваемая при декомпозиции, охватывает ту же область, что и родительский блок, но описывает ее более подробно. Таким образом, дочерняя диаграмма как бы вложена в свой родительский блок.

Диаграмме может быть поставлен в соответствие текст, представляющий собой краткий комментарий к содержанию диаграммы. Текст не должен использоваться для описания и без того понятных блоков и стрелок на диаграмме.

Глоссарий - это список определений для ключевых слов, фраз, аббревиатур, связанных с блоками, стрелками или с моделью в целом. Глоссарий определяет термины, которые должны одинаково понимать все участники разработки.

Диаграммы иллюстрации используются в качестве дополнений, поясняющих специфику содержания основных диаграмм, для иллюстрации альтернативной точки зрения. Такие диаграммы могут не подчиняться правилам IDEF0.

Диаграммы дерева узлов показывают иерархию функций в модели и позволяют рассмотреть всю её целиком. На диаграммах узлов нет стрелок. Диаграмм узлов может быть в модели сколько угодно, поскольку дерево может быть построено на произвольную глубину и не обязательно с корня.

Свойства диаграмм

IDEF0 имеет шесть типов связей между блоками в пределах одной диаграммы: доминирование, управление, выход-вход, обратная связь по управлению, обратная связь по входу, выход-механизм.

Доминирование определяется взаимным расположением блоков на диаграмме. Предполагается, что блоки, расположенные на диаграмме выше и левее, влияют на блоки, распложенные ниже и правее. Блоки на диаграммах декомпозиции обычно располагаются по диагонали от левого верхнего угла к правому нижнему. Такой порядок называется порядком доминирования. Поэтому в левом верхнем углу располагается самая важная функция или функция, выполняемая по времени первой. Далее вправо вниз располагаются менее важные или выполняемые позже функции.

Остальные пять типов описывают связи между блоками и изображаются стрелками. Для связи блоков между собой используются внутренние стрелки, то есть стрелки, не касающиеся границы диаграммы, которые начинаются у одного и кончаются у другого блока. Такая стрелка отличается от граничной стрелки.

Связь по управлению и связь по входу являются простейшими, поскольку отражают прямые взаимодействия.

Связь по управлению (рисунок 4) возникает тогда, когда выход одного блока служит управляющим воздействием на блок с меньшим доминированием. Объекты выхода вышестоящей функции не меняются в нижестоящей.

Рисунок 4. Связь по управлению

Связь выход-вход (рисунок 5) возникает при соединении выхода одного блока с входом другого блока с меньшим доминированием.

Рисунок 5. Связь выход-вход

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

Обратная связь по входу (рисунок 6) имеет место тогда, когда выход блока становится входом другого блока с большим доминированием. Такая связь, как правило, используется для описания циклов.

Рисунок 6. Обратная связь по входу

Обратная связь по управлению возникает в том случае, когда выход одного блока создает управляющее воздействие на блок с большим доминированием (рисунок 7). Такая связь часто свидетельствует об эффективности бизнес-процесса.

Рисунок 7. Обратная связь по управлению

Связь выход-механизм (рисунок 8) отражает ситуацию, при которой выход одной функции становится средством достижения цели для другой, т.е. выход одного блока направляется на механизм другого. Такая связь показывает, что одна функция подготавливает ресурсы, необходимые для другой функции. Связи выход-механизм возникают при отображении в модели процедур выполнения и распределения ресурсов, подготовки средств для выполнения функций системы (например, приобретение оборудования, финансирование, закупка материалов).

Рисунок 8. Связь выход-механизм

Преимущества IDEF0

Идея IDEF0 состоит в том, что бизнес-процессы (функции реального объекта бизнеса) представляются как некие преобразования входного потока в выходной под контролем (управлением) управляющего потока с использованием для преобразования механизма.

Основные преимущества IDEF0 состоят в следующем:

1. полнота описания бизнес-процесса (управление, информационные и материальные потоки, обратные связи);

2. комплексность при декомпозиции (мигрирование и туннелирование стрелок);

3. возможность агрегирования и детализации потоков данных и информации (разделение и слияние стрелок);

4. наличие жестких требований методологии, обеспечивающих получение моделей процессов стандартного вида;

5. простота документирования процессов; соответствие подхода к описанию процессов в IDEF0 стандартам ISO 9000:2000.

Отсюда и общее назначение IDEF0 - это перестройка структуры функций, которая позволит повысить производительность и эффективность системы.