Лекція 2. Методології моделювання. Сімейство IDEF

1. Структура сімейства IDEF

2. Опис нотацій сімейства

1.                 Структура сімейства IDEF

Усі методології моделювання бізнес процесів складаються з певних елементів і правил.

Нотація – це набір знаків і правил, які використовуються для графічного опису, моделювання бізнес-процесів. Нотація визначає як ми позначаємо на схемі процеси, операції, події та тощо, і за якими правилами з'єднуємо їх між собою.

IDEF – методології створювалися в рамках запропонованої ВПС США програми комп'ютеризації промисловості – ICAM (Integrated Computer Aided Manufacturing).

Сімейство стандартів IDEF успадкувало своє позначення від назви цієї програми (IDEF=ICAM DEFinition), під час реалізації якої виявилася потреба у розробці методів аналізу процесів взаємодії у виробничих (промислових) системах. Принциповою вимогою розробки розробленого сімейства методологій була можливість ефективного обміну інформацією між усіма фахівцями — учасниками програми ICAM.

Після опублікування стандарту він був успішно застосований у різних галузях бізнесу, показавши себе ефективним засобом аналізу, конструювання та відображення бізнес-процесів. Більше того, що з широким застосуванням IDEF (і попередньої методології – SADT) і пов'язане виникнення основних ідей популярного нині поняття - BPR (бізнес-процес реінжиніринг).

З 1981 року стандарт IDEF0 зазнав кількох незначних змін, в основному обмежуючого характеру, і остання його редакція була випущена у грудні 1993 року Національним Інститутом Стандартів та Технологій США (NIST).

IDEF це не одна нотація, а ціле сімейство. Розрізняються вони за порядковими номерами – IDEF0, IDEF1, IDEF2 тощо. Кожна нотація має свої особливості і використовується для опису різних елементів бізнес-системи.

IDEF є найбільш «старою» нотацією і вона вже дуже давно не розвивається. Сімейство IDEF безнадійно, морально, функціонально застаріло. Використовувати моделі бізнес-процесів, виконаних в IDEF вкрай складно, як для вивчення, так і для аналізу. Нотація має обмеження за кількістю відображуваних на схемі процесів – не більш 7.

IDEF0 (Function Modeling) – методологія функціонального моделювання. За допомогою наочної графічної мови IDEF0 система, що вивчається, постає перед розробниками та аналітиками у вигляді набору взаємопов'язаних функцій (функціональних блоків – у термінах IDEF0). Як правило, моделювання засобами IDEF0 є першим етапом вивчення будь-якої системи.

IDEF1 (Information Modeling) – методологія моделювання інформаційних потоків всередині системи, що дозволяє відображати та аналізувати їх структуру та взаємозв'язки.

IDEF1X (IDEF1 Extended) – Data Modeling – методологія побудови реляційних структур (баз даних), відноситься до типу методологій «Сутність-взаємозв'язок» (ER – Entity-Relationship) і, як правило, використовується для моделювання реляційних баз даних, що мають відношення до аналізованої системі.

IDEF2 (Simulation Model Design) – методологія динамічного моделювання розвитку систем. У зв'язку з дуже серйозними складнощами аналізу динамічних систем від цього стандарту практично відмовилися, і його розвиток зупинився на початковому етапі.

IDEF3 (Process Description Capture) – документування технологічних процесів. IDEF3 - методологія документування процесів, що відбуваються в системі (наприклад, на підприємстві), описуються сценарій та послідовність операцій для кожного процесу. IDEF3 має прямий взаємозв'язок із методологією IDEF0 – кожна функція (функціональний блок) може бути представлена у вигляді окремого процесу засобами IDEF3.

IDEF4(Object-Oriented Design) – методологія побудови об'єктно-орієнтованих систем, що дозволяє відображати структуру об'єктів та закладені принципи їхньої взаємодії, тим самим дозволяючи аналізувати та оптимізувати складні об'єктноорієнтовані системи.

IDEF5 (Ontology Description Capture) – стандарт онтологічного дослідження складних систем. За допомогою методології IDEF5 онтологія системи може бути описана за допомогою певного словника термінів і правил, на підставі яких можуть бути сформовані достовірні твердження про стан системи, що розглядається, в певний момент часу. На основі цих тверджень формуються висновки щодо подальшого розвитку системи, і проводиться її оптимізація.

IDEF6 (Design Rationale Capture) – обґрунтування проектних дій. Призначення IDEF6 полягає у полегшенні отримання знань про спосіб моделювання, їх представлення та використання при розробці систем управління підприємствами. Під знаннями про спосіб розуміються причини, обставини, приховані мотиви, які обумовлюють обрані методи моделювання. Простіше кажучи, "знання про спосіб" інтерпретуються як відповідь на запитання: "чому модель вийшла такою, якою вийшла?" Більшість методів моделювання фокусуються на власне моделях, а не на процесі їх створення. Метод IDEF6 акцентує увагу саме на процесі створення моделі.

IDEF7 (Information System Auditing) – аудит інформаційних систем. Цей метод визначений як затребуваний, проте не був повністю розроблений.

IDEF8 (User Interface Modeling) – метод розробки інтерфейсів взаємодії оператора і системи (інтерфейсів користувача). Сучасні середовища розробки інтерфейсів більшою мірою створюють зовнішній вигляд інтерфейсу. IDFE8 фокусує увагу розробників інтерфейсу на програмуванні бажаної взаємної поведінки інтерфейсу та користувача на трьох рівнях: виконуваної операції (що це за операція); сценарії взаємодії, що визначається специфічною роллю користувача (за яким сценарієм вона повинна виконуватися тим чи іншим користувачем); і на деталях інтерфейсу (які елементи управління пропонує інтерфейс для виконання операції).

IDEF9 (Scenario-Driven IS Design Business Constraint Discovery method) – метод дослідження бізнес-обмежень був розроблений для полегшення виявлення та аналізу обмежень, за умов яких діє підприємство. Зазвичай, при побудові моделей опису обмежень, які впливають перебіг процесів для підприємства, приділяється недостатнє увагу. Знання про основні обмеження та характер їхнього впливу, що закладаються в моделі, у кращому випадку залишаються неповними, неузгодженими, розподіленими нераціонально, але часто їх зовсім немає. Це не обов'язково призводить до того, що побудовані моделі нежиттєздатні, просто їхня реалізація зіткнеться з непередбаченими труднощами, внаслідок чого їхній потенціал буде нереалізований. Проте у випадках, коли йдеться саме про вдосконалення структур або адаптацію до передбачуваних змін, знання про існуючі обмеження мають критичне значення.

IDEF10 (Implementation Architecture Modeling) – моделювання архітектури виконання.

IDEF11 (Information Artifact Modeling) – моделювання інформації про артефакти.

IDEF12 (Organization Modeling) – організаційне моделювання;

IDEF13 (Three Schema Mapping Design) – трисхемне проектування перетворення даних.

Ці чотири методи були визначені як затребувані, однак так і не були повністю розроблені.

IDEF14 (Network Design) – спосіб проектування комп'ютерних мереж, заснований на аналізі вимог, специфічних мережевих компонентів, існуючих конфігурацій мереж. Також він забезпечує підтримку рішень, пов'язаних із раціональним управлінням матеріальними ресурсами, що дозволяє досягти суттєвої економії.

2.                 Опис нотацій сімейства

Розглянемо сімейство IDEF більш детальніше.

IDEF0 (Function Modeling) – методологія функціонального моделювання та графічна нотація, призначена для формалізації і опису бізнес-процесів. Відмінною особливістю IDEF0 є її акцент на підпорядкованість об'єктів. В IDEF0 розглядаються логічні відносини між роботами, а не їх тимчасова послідовність (потік робіт).

Функціональна модель IDEF0 являє собою набір блоків, кожен з яких представляє собою «чорний ящик» з входами і виходами, управлінням та механізмами, які деталізуються (декомпозіруются) до необхідного рівня. Найбільш важлива функція розташована у верхньому лівому кутку. А з'єднуються функції між собою за допомогою стрілок і описів функціональних блоків. При цьому кожен вид стрілки або активності має власне значення. Дана модель дозволяє описати всі основні види процесів, як адміністративні, так і організаційні.

Стрілки можуть бути:

– Вхідні – вступні, які ставлять певне завдання.

– Вихідні – виводять результат діяльності.

– Керуючі (зверху вниз) – механізми управління (положення, інструкції тощо).

– Механізми (від низу до верху) – що використовується для того, щоб зробити необхідну роботу.

Стрілки підписуються за допомогою іменників (досвід, план, правила), а блоки – за допомогою дієслів, тобто в них описуються дії, які виробляються (створити товар, укласти договір, провести відвантаження).

Розглянемо приклад процесу написання статті нотацією IDEF0 (рисунок 2.1).

Стандарт IDEF1 (Information Modeling) був розроблений як інструмент для аналізу і вивчення взаємозв'язків між інформаційними потоками в рамках комерційної діяльності підприємства. Метою подібного дослідження є доповнення і структуризація існуючої інформації і забезпечення якісного менеджменту інформаційними потоками.

Необхідність у подібній реорганізації інформаційної галузі як правило виникає на початковому етапі побудови корпоративної інформаційної системи, і методологія IDEF1 дозволяє досить наочно виявити "чорні діри" і слабкі місця в існуючій структурі інформаційних потоків.

Рисунок 2.1 – Опис процесу написання статті нотацією IDEF0

IDEF1 є аналітичним методом і використовується переважно для виконання наступних дій:

– Визначення самої інформації і структури її потоків, що має відношення до діяльності підприємства.

– Визначення існуючих правил і законів, за якими здійснюється рух інформаційних потоків, а також принципів управління ними.

– З'ясування взаємозв'язків між існуючими інформаційними потоками в рамках підприємства.

– Виявлення проблем, що виникають внаслідок нестачі якісного інформаційного менеджменту.

Результати аналізу інформаційних потоків можуть бути використані для стратегічного і тактичного планування діяльності підприємства і поліпшення інформаційного менеджменту.

IDEF1X є методом для розробки реляційних баз даних і використовує умовний синтаксис для побудови концептуальної схеми.

Методологія IDEF1Х розділяє елементи структури інформаційної галузі, їх властивості та взаємозв'язки на класи.

Центральним поняттям методології IDEF1Х є поняття сутності. Клас сутностей являє собою сукупність інформації, накопиченої і зберігається в рамках підприємства і відповідає певному об'єкту або групі об'єктів реального світу.

Основними концептуальними властивостями сутностей в IDEF1Х є:

– Стійкість. Інформація, що має відношення до тієї чи іншої суті постійно накопичується.

– Унікальність. Будь-яка сутність може бути однозначно ідентифікована з іншої сутності.

Кожна сутність має своє ім'я і атрибути.

Атрибути представляють собою характерні властивості і ознаки об'єктів реального світу, які стосуються певної сутності. Клас атрибутів являє собою набір пар, що складаються з імені атрибута і його значення для певної сутності.

Атрибути, за якими можна однозначно відрізнити одну сутність від іншої називаються ключовими атрибутами. Кожна сутність може характеризуватися кількома ключовими атрибутами. Клас взаємозв'язків в IDEF1Х являє собою сукупність взаємозв'язків між сутностями.

Взаємозв'язок між двома окремими сутностями вважається існуючої в тому випадку, якщо клас атрибутів однієї сутності містить ключові атрибути іншої сутності.

Розглянемо приклад IDEF1Х – діаграми. На ній представлені дві сутності з іменами "Відділ" і "Співробітник" і взаємозв'язок між ними з ім'ям "працює в" (рисунок 2.2). Ім'я взаємозв'язку завжди виражається в дієслівній формі. Якщо ж між двома або кількома об'єктами реального світу не існує встановленої залежності, то з точки зору IDEF1Х, між відповідними їм сутностями взаємозв'язок також відсутній.

IDEF2 (Simulation Model Design) – даний метод дозволяє побудувати динамічну модель змінної в часі поведінки функцій, інформації та ресурсів виробничої системи або середовища (рисунок 2.3). Дана модель використовується рідко. В основному затребувана на підприємствах, де необхідно описати безперервну діяльність на конвеєрах або аналогічні функції.

Модель розбивається на чотири підмоделі:

– підмодель можливостей, яка описує агентів;

– підмодель потоку сутностей, яка описує трансформацію сутностей;

– підмодель розподілу ресурсів, яка описує розподіл агентів для проведення трансформацій;

– підмодель управління системою, яка описує зовнішні впливи.

Рисунок 2.2 – Опис процесу співробітник працює у відділі нотацією IDEF1Х

Рисунок 2.3 – Приклад бізнес-процесу у нотації IDEF2

Перевагою методики є те, що набір діаграм може бути безпосередньо переведений в імітаційну модель.

У зв'язку з досить серйозними труднощами аналізу динамічних систем від цього стандарту практично відмовилися, і його розвиток призупинився на самому початковому етапі.

IDEF3 (Process Description Capture) – документування технологічних процесів – даний метод використовується для збору інформації про стан системи, що моделюється. Це структурний метод, який показує причинно-наслідкові зв'язки і події. Він також показує, як організована робота, і які користувачі працюють з системою, що моделюється.

Дана методика не має жорстких синтаксичних і семантичних обмежень. Дуже часто IDEF3 використовують як метод, що доповнює IDEF0. Кожен функціональний блок (робота) IDEF0 може бути представлений у вигляді окремого процесу IDEF3.

У IDEF3 використовується два типи діаграм, що представляють опис одного і того ж сценарію в різних ракурсах:

– діаграми опису послідовності етапів процесу;

– діаграми переходу стану об'єкту.

За допомогою діаграм опису послідовності етапів процесу документується послідовність і опис стадій обробки в рамках досліджуваного бізнес-процесу. Опис проводиться з точки зору стороннього спостерігача. Ключовими елементами є поняття, процес, логіка процесу (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Приклад діаграми опису послідовності етапів процесу

Діаграми переходу стану об'єкта використовуються для ілюстрації трансформацій, які відбуваються на кожній стадії бізнес-процесу. При цьому опис проводиться з точки зору самого об'єкта.

IDEF5 (Ontology Description Capture) – даний метод дозволяє розробляти, вивчати і підтримувати онтологію системи, що моделюється. Методологія IDEF5 забезпечує наочне уявлення даних, отриманих в результаті обробки онтологічних запитів в простій природній графічній формі.

Онтологія – форма представлення знань про реальний світ або його частини. Основною характерною рисою онтологічного аналізу є поділ реального світу на складові і класи об'єктів і визначення їх онтологій, або ж сукупності фундаментальних властивостей, які визначають їх зміни і поведінку.

Для підтримки процесу побудови онтологій в IDEF5 існують спеціальні онтологічні мови:

– схематична мову (Schematic Language – SL)

– мова доробок і уточнень (Elaboration Language – EL).

Схематична мова SL є наочною графічною мовою, спеціально призначеною для викладу компетентними фахівцями в даній області теми основних даних в формі онтологічної інформації. Мова SL дозволяє будувати різноманітні типи діаграм і схем в IDEF5 (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 – Приклад позначень у нотації IDEF5

Розглянемо види схем та діаграм IDEF5.

Діаграма класифікації забезпечує механізм для логічної систематизації знань, накопичених при вивченні системи.

Існує два типи таких діаграм:

– діаграма суворої класифікації (Description Subsumption – DS) (рисунок 2.6)

– діаграма природної або видової класифікації (Natural Kind Classification – NKC) (рисунок 2.7).

Рисунок 2.6 – Приклад діаграми суворої класифікації

Рисунок 2.7 – Приклад діаграми природної або видової класифікації

Композиційна схема (Composition Schematics) є механізмом графічного представлення складу класів онтології і фактично являють собою інструменти онтологічного дослідження за принципом «Що з чого складається» (рисунок 2.8). Зокрема, композиційні схеми дозволяють наочно відображати склад об'єктів, що відносяться до того чи іншого класу.

Схема взаємозв'язків (Relation Schematics) дозволяє розробникам візуалізувати і вивчати взаємозв'язки між різними класами об'єктів в системі.

Діаграма стану об'єкта дозволяє документувати той чи інший процес з точки зору зміни стану об'єкта (рисунок 2.9).

Рисунок 2.8 – Приклад композиційної схеми

IDEF8 прагне допомогти користувачам забезпечити раціональне взаємодія людини і системи (інтерфейсу), орієнтуватися на користувачів, залучити користувачів до участі в проектній діяльності, зосередити зусилля на перевірки конструкцій за допомогою макетів і прототипів, а також посприяти створенню більш продуктивної системи ітерацій через дизайн процес (рисунок 2.10).

Перше покоління методів IDEF: IDEF0, IDEF1, IDEF2

Друге покоління методів IDEF: IDEF1X

Третє покоління методів IDEF: IDEF3, IDEF4, IDEF5

Частково розроблені методи IDEF: IDEF6, IDEF8, IDEF9, IDEF14

Не розроблено: IDEF7, IDEF10, IDEF11, IDEF12, IDEF13

Рисунок 2.9 – Приклад діаграми стану об'єкта

Рисунок 2.10 – Приклад опису процесу в нотації IDEF8

Запитання для самоперевірки

1. Що таке нотація?

2. Що таке сімейство IDEF?

3. Які нотації сімейства IDEF набули розвитку?

4. Для чого використовується нотація IDEF1X?

5. Що описує нотація IDEF3?