Основные понятия и семантика методологии IDEF0

Введение

Рассматривая методологию как учение об организации деятельности, можно выделить следующие три основания современной методологии:

– философско-психологическая теория деятельности;

– системный анализ (системотехника) – учение о системе методов исследования или проектирования сложных систем, поиска, планирования и реализации изменений, предназначенных для ликвидации проблем;

– науковедение, теория науки. В первую очередь, к методологии имеют отношение такие разделы науковедения, как гносеология (теория познания) и семиотика (наука о знаках).

Системный анализ, отличаясь междисциплинарным или наддисциплинарным положением, и являясь прикладной диалектикой, рассматривает деятельность как сложную систему, направленную на подготовку, обоснование и реализацию решения сложных проблем: политического, социального, экономического, технического и т.д. характера.

Для представления результатов системного анализа чаще всего используется методология IDEF (Integrated DEFinition) – методология функционального моделирования, выраженная графическими средствами.

Изначально методология IDEF разрабатывалась для ВВС США, затем эксплуатировалась NASA и лишь спустя некоторое время стала применяться для моделирования процессов.

В настоящий момент к семейству IDEF можно отнести следующие стандарты:

– IDEF0 – методология функционального моделирования. С помощью наглядного графического языка IDEF0, изучаемая система предстает перед разработчиками и аналитиками в виде набора взаимосвязанных функций (функциональных блоков – в терминах IDEF0). Как правило, моделирование средствами IDEF0 является первым этапом изучения любой системы;

– IDEF1 – методология моделирования информационных потоков внутри системы, позволяющая отображать и анализировать их структуру и взаимосвязи;

– IDEF2 – методология динамического моделирования развития систем. В связи с весьма серьезными сложностями анализа динамических систем от этого стандарта практически отказались, и его развитие приостановилось на самом начальном этапе. Однако в настоящее время присутствуют алгоритмы и их компьютерные реализации, позволяющие превращать набор статических диаграмм IDEF0 в динамические модели, построенные на базе «раскрашенных сетей Петри» (CPN – Color Petri Nets);

– IDEF3 – методология документирования процессов, происходящих в системе, которая используется, например, при исследовании технологических процессов на предприятиях. С помощью IDEF3 описываются сценарий и последовательность операций для каждого процесса. IDEF3 имеет прямую взаимосвязь с методологией IDEF0 – каждая функция (функциональный блок) может быть представлена в виде отдельного процесса средствами IDEF3;

– IDEF4 – методология построения объектно-ориентированных систем. Средства IDEF4 позволяют наглядно отображать структуру объектов и заложенные принципы их взаимодействия, тем самым позволяя анализировать и оптимизировать сложные объектно-ориентированные системы;

– IDEF5 – методология онтологического исследования сложных систем. С помощью методологии IDEF5 онтология системы может быть описана при помощи определенного словаря терминов и правил, на основании которых могут быть сформированы достоверные утверждения о состоянии рассматриваемой системы в некоторый момент времени. На основе этих утверждений формируются выводы о дальнейшем развитии системы и производится её оптимизация.

Самыми популярными разновидностями семейства IDEF, из тех, что применяются при исследованиях, являются нотации IDEF0 и IDEF3. Отличительной особенностью нотации является возможность декомпозиции, т.е. каждый отдельный блок в процессе в свою очередь может быть представлен в виде отдельного процесса.

Нотация IDEF0 обычно используется для описания процессов верхнего уровня, хотя и позволяет описать всю деятельность. Отличительной возможностью нотации является возможность отображения не только входов и выходов каждого блока, но и «управления» и «механизмов». Вместе с дополнительными возможностями повышается и требования к квалификации аналитиков, которые занимаются моделированием процессов в нотации IDEF0.

Нотация IDEF3 чаще применяется для построения процессов нижнего уровня, могут также использовать при декомпозиции блоков процесса IDEF0. В отличие от IDEF0 данная нотация не поддерживает отображение «механизмов» и «управления», зато отображает очередность выполнения работ персоналом.

C 1981 года стандарт IDEF0 претерпел несколько незначительных изменения, в основном ограничивающего характера, и последняя его редакция была выпущена в декабре 1993 года Национальным институтом по стандартам и технологиям США (NIST).

основные понятия и семантика методологии IDEF0

Полный перечень понятий методологии IDEF0 приведен в руководящих материалах РД IDEF0 – 2000. Не нарушая запрета о полном и частичном воспроизведении текста руководящих материалов приведем некоторые основополагающие понятия необходимые для построения диаграмм (табл. 1). Полный перечень понятий приведен в РД IDEF0 – 2000.

Таблица 1

Перечень основных элементов диаграммы IDEF0 [1]

Название элемента	Назначение	Отображение
Цель	Краткая причина создания модели	–
Точка зрения	Указание на должностное лицо или подразделение, с позиции которого разрабатывается модель	–
Блок	прямоугольник, содержащий имя и номер и используемый для описания функции
Декомпозиция	разделение моделируемой функции на функции - компоненты
Имя блока	Глагол или глагольный оборот, помещенный внутри блока и описывающий моделируемую функцию
Стрелка	направленная линия, состоящая из одного или нескольких сегментов, которая моделирует открытый канал или канал, передающий данные или материальные объекты от источника (начальная точка стрелки), к потребителю (конечная точка с «наконечником»).
Стрелка, помещенная в туннель	стрелка, не удовлетворяющая обычному требованию, согласно которому каждая стрелка на дочерней диаграмме должна соответствовать стрелкам на родительской диаграмме
Тильда	небольшая ломаная (волнистая) линия, используемая для соединения метки с конкретным сегментом стрелки или примечания модели с компонентом диаграммы
Текст	любой текстовый (не графический) комментарий к графической диаграмме IDEF0	–

Между элементами диаграммы устанавливаются семантические взаимосвязи. Семантика определяет содержание (значение) синтаксических компонентов языка и способствует правильности их интерпретации. Интерпретация устанавливает соответствие между блоками и стрелками с одной стороны и функциями и их интерфейсами – с другой.

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.

Рис. 1. Структура семантических правил IDEF0 диаграммы

Каждая сторона функционального блока имеет стандартное значение с точки зрения связи блок/стрелки (рис. 1). В свою очередь, сторона блока, к которой присоединена 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).

На рис. 2 приведен пример IDEF0 диаграммы уровня А0. На диаграмме прописаны цель построения и точка зрения потенциального пользователя.

Рис. 2. Пример исполнения начальной схемы для диаграммы уровня А0 [2]

Для расшифровки обозначений ведется глоссарий. На рис. 2 введены обозначения: С1 – технологическая инструкция ТИ 101-СТ-ККЦ-96-2010; С2 – технологическая инструкция ТИ 101-Я-7-2009; С3 – стандарты ГОСТ 14918-80 и ГОСТ 5640-68; С4 – ОСТ 14-1-236-91; С5 – макет паспорта плавки; М1 – персонал лабораторий; М2 – вспомогательные материалы; М3 – энергоресурсы.

Основной уровень диаграммы разбивается на блоки, характеризующие части целого, т.е. выполнятся декомпозиция процесса. Для каждого элемента декомпозиции для меток и имен должны выполняться правила:

– имена функций – глаголы или глагольные обороты;

– стрелка должна быть помечена существительным или оборотом существительного;

– имя блока должно быть активным глаголом или глагольным оборотом;

– каждая сторона функционального блока должна иметь стандартное отношение блок/стрелки:

а) входные стрелки должны связываться с левой стороной блока;

б) управляющие стрелки должны связываться с верхней стороной блока;

в) выходные стрелки должны связываться с правой стороной блока;

г) стрелки механизма (кроме стрелок вызова) должны указывать вверх и подключаться к нижней стороне блока;

д) стрелки вызова механизма должны указывать вниз, подключаться к нижней стороне блока, и помечаться ссылкой на вызываемый блок.

– сегменты стрелок, за исключением стрелок вызова, должны помечаться существительным или оборотом существительного, если только единственная метка стрелки несомненно не относится к стрелке в целом;

– в метках стрелок не должны использоваться следующие термины: функция, вход, управление, выход, механизм, вызов.

В результате декомпозиции образуется проект (рис. 3). На каждом уровне проекта рекомендуется размещать от 3 до 6 блоков. В противном случае диаграмма будет перегружена блоками и комментариями. На рис. 3 проект имеет три уровня:

– основной уровень диаграммы А0: Контроль макроструктуры;

– уровень диаграммы декомпозиции А1: имеет четыре блока (рис. 4);

– уровень диаграммы декомпозиции А2: имеет шесть блоков (рис. 5);

– уровень диаграммы декомпозиции А3: имеет три блока.

Рис. 3. Вид проекта для IDEF0 диаграммы

На рис. 4 все стрелки переходят из предыдущего уровня, распределяясь по соответствующим блокам. Между блоками определены семантические взаимосвязи. Каждая стрелка идентифицирована.

На рис. 5 показана декомпозиция блока «Выполнить оценку качества темплета». Декомпозиция включает шесть блоков, определяющих два параллельных процесса, приводящих к одному результату. На рис. 5 появляется туннельная стрелка M4, характеризующая механизм характерный только для диаграммы уровня А2.

Рис. 4. Диаграмма декомпозиции А1 [3]

Рис. 4. Диаграмма декомпозиции А2 [4]

Построение диаграмм декомпозиции в диссертационных исследований необходимо при изучении предметной области. В ходе анализа информации и построении IDEF0 диаграммы появляется возможность выделения составных частей объекта следования и определения взаимосвязи между его частями сопровождая основные блоки информационными или материальными потокамив. Построение IDEF0 является целесообразным при определении плана работ по диссертационным исследованиям, при разработке программных продуктов и т.п.

Задание 1

На основании диаграмм, приведенных на рис. 3 – 5, изучить передачу ресурсов по уровням декомпозиции.

Задание 2

Построить проект IDEF0 диаграммы для объекта диссертационного исследования.

Задание 3

Построить проект IDEF0 диаграммы для процессов диссертационного исследования.