Методология структурного анализа и проектирования

Информационные технологии создания надежных систем управления

При создании, развитии, реинжиниринге ИТ в конкретных системах, к которым относится система «человек-машина», необходимо оценить элементную надежность и надежность структурных компонентов по обработке данных так, чтобы с учетом ненадежности реальных элементов можно было бы осуществлять надежную и устойчивую работу системы управления за счет избыточных свойств ИТ. Это может быть достигнуто рациональным структурированием процессов, разделением на процедуры, операции (блоки), с тем чтобы в нужных местах проводить резервирование, синхронизировать действия и технологически исключить влияние ненадежных элементов. При этом должен быть обеспечен непрерывный и эффективный поток информации (Workflow). Это создает условия для формализации процессов належного функционирования систем управления и упреждающих воздействий менеджера на процессы в управляемых системах путем их моделирования.

На основе такого моделирования проводится реструктуризация ИТ-процесса, формируются упреждающие воздействия на функциональные элементы в целях повышения надежности, а элементы, не отвечающие требованиям надежности ИТ, выбывают из системы.

Под словом «система» можно понимать совокупность взаимодействующих компонентов и взаимосвязей между ними. Среду управления можно рассматривать как сложную взаимосвязанную совокупность естественных и искусственных систем. Это могут быть достаточно сложные системы, системы средней сложности или сверхсложные системы. Искусственные системы и ИТ для них, как правило, по своей сложности занимают среднее положение. Например, всемирная телефонная сеть содержит десятки или даже сотни тысяч переключателей, требующих сложные ИТ взаимодействий этих переключателей. С точки зрения теории систем такие системы рассматриваются как системы высокой сложности.

Под термином «моделирование» понимают процесс создания точного описания системы. Особенно трудным является описание ИТ системы большой и средней сложности, таких, как ИТ системы коммутаций в компьютерных сетях, ИТ управления аэровоздушными перевозками или движением подводной лодки, ИТ управления сборкой автомобилей, ИТ челночных космических рейсов, ИТ функционирования перерабатывающих предприятий. Эти системы описать достаточно трудно, потому что невозможно перечисоить все их компоненты со своими взаимосвязями, хотя моделирование – дорогостоящий и трудоемкий процесс, он повышает степень надежности их ИТ. С ростом технического прогресса адекватное описание ИТ систем становится все более актуальной проблемой.

Методология SADT Для того чтобы облегчить описание и понимание искусственных систем, попадающих в разряд средней сложности, создана и опробована на практике методология SADT.

SADT –Structured Analysis and Design Technique (Технология структурного анализа и проектирования). Сфера использования этой методологии существенно расширяется для решения задач, связанных с большими системами. Примерами могут служить проектирование телефонных коммуникаций реального времени, автоматизация производства, создание программного обеспечения для командных и управляющих систем, поддержка боеготовности. Они с успехом применялись для описания большого количества сложных искусственных систем из широкого спектра областей (банковское дело, очистка нефти, планирование промышленного производства, системы наведения ракет, организация материально-технического снабжения, методология планирования, технология программирования). Причина такого успеха заключается в том, что SADT является функционально полной методологией для создания описания систем, основанной на концепциях системного моделирования.

Использование экспертных систем, систем автоматизированного производства постоянно расширяется. Успех этих систем непосредственно зависит от возможности предварить их разработку и внедрение описанием всего комплекса проблем, которые необходимо разрешить, указанием того, какие функции системы должны быть автоматизированы, определением точек интерфейса человек-машина и того, как взаимодействует система со своим окружением. Иными словами, этап проектирования системы является критическим для создания высококачественных систем. Системное проектирование определяет подсистемы, компоненты и способы их соединения, задает ограничения, при которых система должна функционировать, выбирает наиболее эффективное сочетание людей, машин и программного обеспечения для реализации системы. SADT – одна из самых известных и широко используемых систем проектирования. Программное обеспечение телефонных сетей, системные поддержка и диагностика, долгосрочное и стратегическое планирование, автоматизированное производство и проектирование, конфигурация компьютерных систем, обучение персонала, встроенное программное обеспечение систем, управление финансами и материально-техническим снабжением – вот некоторые из областей эффективного применения SADT. Широкий спектр областей указывает на универсальность и мощь методологии SADT , что привело к стандартизации и публикации ее части, называемой IDEF0.

Методология IDEF Изменение либо нарушение привычных производственных связей, структурная перестройка экономики, ограничения в дополнительных капиталовложениях, развитие информационных технологий – все это требует совершенствования бизнес-процессов(СБП). Концепция СБП включает непрерывное совершенствование существующих бизнес-процессов, их перестройку и управление качеством (стандарт ISO 9000). Необходимо отметить как достоинства, так и недостатки упомянутой методологии: управляется большими транснациональными консалтинговыми компаниями, которые разрабатывают методологии и программные средства для совершенствования бизнес-процессов; они «сильны» в управлении проектами, имеют большой консалтинговый опыт, однако «слабы» в моделировании и анализе; большая часть поступающих на рынок программных продуктов не соответствует требованиям в области моделирования и анализа.

Основные сферы использования СПБ:

- управление информационными потоками компании;

- программные средства поддержки закупок/поставок и материально-технического снабжения;

- проектирование одновременно происходящих бизнес-процессов и их взаимодействий.

Принципы системного анализа применяются для описания ИТ реорганизации и анализа работы компании с целью оптимизации уже существующих технологий и операций, «открытия» и «изобретения» принципиально новых возможностей и подходов. Для того чтобы создать модель компании «как она есть», используют методологию IDEF. Чтобы получить информацию о возможных путях совершенствования бизнес-процессов используется методология функционально-стоимостного анализа АВС (Activity-Based Costing), а имитационное моделирование используется для выбора наилучшего решения.

Определение системы и модели при проектировании ИТ бизнес-процессов

Система– множество взаимодействующих компонентов и связи между ними, при проектировании, модификации или проверке работы отображается моделью.

Модель – это символическое представление системы, позволяющее получить информацию и ответить на вопросы относительно ИТ и свойств системы. Для простых систем работа с моделью может быть успешнее, чем с самой системой, для больших и (или) сложных систем – это единственный реальный подход, для некоторых систем (например, ИТ управления воздушными перевозками) – это единственная возможность.

Парадигма моделирования (парадигма – теория или модель, или тип постановки проблемы, принятая в качестве образца решения исследовательских задач) – множество абстракций, которые позволяют «схватить» и выразить суть моделируемой системы. Парадигма статического моделирования представляет структуру системы, но не ее поведение во времени. Парадигма динамического моделирования представляет как структуру, так и поведение во времени.

Основные принципы моделирования позволяют:

- четко сформулировать цель моделирования;

- создавать модели небольшого размера для ответа на ограниченное количество вопросов.

Модель не должна отображать все аспекты моделируемой системы, а лишь те, которые необходимы для достижения цели моделирования.

Идеальная модель – это модель, полностью отвечающая цели моделирования при минимальной стоимости ее создания.

Модель, которая соответствует ясно сформулированной цели, использует соответствующую парадигму, базируется на адекватной информации и, если она создана квалифицированными разработчиками, с большой вероятностью будет успешной.

При моделировании систем, содержащих дискретно выполняемые функции, посредством методологии IDEF преобразуется некоторая входная информация (объекты) в выходную.

Методологии IDEF(ICAM DEFinition):

ICAM (Integrated Computer-Aided Manufacturing);

IDEF0 – методология создания функциональной модели, которая является структурированным изображением функций производственной системы или среды, а также информации и объектов, связывающих эти функции;

IDEF1 – методология создания информационной модели, которая представляет структуру и семантику информацию, необходимой для поддержки функций в производственной среде или системе;

IDEF2 – методология, позволяющая построить динамическую модель меняющегося во времени поведения функций, информации и ресурсов производственной системы или среды;

IDEF3 – моделирование процессов (Process Flow and Object State Description Capture Method);

IDEF4 – объектно-ориентированное проектирование (Object-Oriented Design Method);

IDEF5 – систематизация объектов приложения (Ontology Description Capture Method);

IDEF6 – использование рационального опыта проектирования (Design Rationale Capture Method);

IDEF8 – взаимодействие человека и системы (Human-System Interaction Design);

IDEF9 – учет условий и ограничений (Business Constraint Discovery);

IDEF14 – моделирование вычислительных сетей (Network Design).

Основа IDEF0 – метод SADT, предназначенный для представления функций системы и анализа системных требований.

В терминах IDEF0 система представляется в виде комбинации блоков и дуг:

- функциональные блоки отображают функции системы;

- дуги представляют множество различных объектов системы; они связывают блоки вместе и отображают взаимодействия и взаимосвязи между блоками;

- между объектами и функциями возможны четыре вида отношений: вход, управление, выход и механизм. Каждое из этих отношений изображается линиями, связанными с определенными сторонами блока (рис. 13.2).

Структура IDEF0 модели: модель состоит из набора диаграмм, образующих иерархию. Каждая диаграмма обычно содержит 3-5 функциональных блоков и является подробным описанием функционального блока, расположенного на предшествующих уровнях иерархии.

Декомпозиция: каждый функциональный блок IDEF0-диаграммы может быть декомпозирован, т.е. представлен в виде совокупности других взаимосвязанных блоков, детально описывающих исходный блок (рис.13.3).

Для представления информации в форме, понятной для персонала фирмы, непосредственно участвующего в бизнес-процессах, распределении накладных расходов в соответствии с детальным просчетом использования ресурсов, подробным представлением о процессах и их влиянием на себестоимость, разработан метод АВС (Activity-Based Costing) как «операционно-ориентированная» альтернатива традиционным финансовым подходам.

Цель создания IDEF – модели для СПБ – достичь улучшений в работе системы по показателям стоимости и производительности. АВС – один из методов, позволяющий указать на возможные пути улучшения стоимостных показателей.

Рис. 13.2 Пример взаимодействия объектов и функций

 

Рис. 13.3 Декомпозиция функциональных блоков IDEF – диаграммы

IDEF и АВС связаны, поскольку рассматривают систему как множество последовательно выполняемых функций, связанных линиями управления и линиями операций IDEF, которые соответствуют стоимостным факторам и ресурсам АВС.

Связь IDEF и АВС базируется на трех принципах:

1) функция может иметь число, ассоциированное с ней, которое представляет стоимость выполнения этой функции;

2) стоимость функции, которая не имеет декомпозиции, определяется разработчиком модели;

3) стоимость функции, имеющей декомпозицию, определяется как сумма стоимостей всех функций на ее странице декомпозиции.

Анализ рабочих потоков (Workflow) – это анализ моделей, описывающих каким образом различные документы обрабатываются в организации.

Деятельность организации рассматривается как совокупность взаимосвязанных функций, для выполнения которых требуются ресурсы, такие, как персонал, оборудование и т.д. оценка моделей рабочих потоков производится на основе отчетов об имитационных экспериментах, в которых оценивается производительность процессов, указывается на задержки в их реализациях (т.е. на «узкие места») и неэффективное использование ресурсов.

При проектировании и анализе бизнес-процессов используется интегрированный подход:

1) сбор информации о функциях, участвующих в процессе, их взаимодействиях, об использовании ими ресурсов и других параметрах, влияющих на производительность, таких, как время и стоимость;

2) сбор информации относительно ресурсов, используемых в процессе, которая может касаться, например, скорости работы (для оборудования) и их стоимости;

3) создание функционально-ориентированной графической модели процесса с использованием методологии IDEF0 (Design/IDEF);

4) трансляция IDEF0-модели в модель цветных сетей Петри (СР-модель) и получение выполняемой имитационной модели. Имитационные модели создаются путем импортирования IDEF-диаграмм в иерархическую структуру СР-сетей;

5) использование СР-моделей для генерации отчетов об имитационных экспериментах и анализа альтернативных решений.

СР-сети предоставляют язык для описания локальных ситуаций, которые не были определены в IDEF0-модели.

При проектировании и анализе бизнес-процессов также используются цветные сети Петри, так как они позволяют накладывать IDEF-диаграммы на СР-сети с сохранением их первоначальной структуры, имеют графическое представление информации и иерархический подход. Формальное представление параллельных процессов позволяет понять, как работает СР-модель, не вникая детально в реализацию средств моделирования, используемых для ее выполнения.

Свойство выполняемости обеспечивает возможность создания имитационных моделей, которые могут быть использованы для анализа производительности и возможных путей реализации системы.

Для понимания функций IDEF служит следующий принцип:

Если имеются все необходимые для выполнения функции исходные данные и доступны все требуемые ресурсы, данные поступают на вход функции, вырабатывающей основанные на них результаты, при этом доступ к выходным данным и ресурсам функции задерживается на время, которое необходимо для ее выполнения.

Чтобы перейти к динамической модели, необходимо интерпретировать IDEF-модель.

Для документов определяются атрибуты: идентификатор, тип, размер, стоимость, начальное и конечное время использования.

Для функций определяется продолжительность выполнения.

Метки входных дуг определяют тип входных документов. Метки дуг механизмов определяют тип ресурсов. Метки выходных дуг определяют: вес, время задержки, тип документов.

При проектировании и анализе бизнес-процессов используется методология IDEF0, которая легко изучаема, поскольку содержит всего лишь несколько базовых элементов и основана на широком использовании графики. Графическое представление, иерархический подход и простота изучения позволили широко использовать эту методологию в целях анализа бизнес-процессов на ранних стадиях разработки программного обеспечения для крупных проектов Европейского аэрокосмического агентства (Columbus) в качестве федерального стандарта США и как стандарт IEEE, FIPS, ISO.

Инструментарий Design/IDEF хорошо подходит для моделирования рабочих потоков и документооборота в страховых компаниях (модель процесса вычисления квот для различных категорий страховых полисов), в банках для моделирования обработки чеков, для изучения путей увеличения пропускной способности процесса обработки или для оптимизации работы парка машин, предназначенных для перевозки чеков из отделений банка в шифровальные центры для дальнейшей обработки. Уникальные проекты используют эту методологию для разработки ИТ управления.