Проектирование информационных систем

Федеральное агентство связи Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» _________________________________________________________________________ Кафедра Информационных систем и технологий КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ М и СПИТ и Т по направлению подготовки: 230400 Информационные системы и технологии Самара 2011 2 УДК 004.41 Пальмов С.В. М и СПИТ и Т. Конспект лекций. – Самара.: ПГУТИ, 2011. - 300 с. 3 Содержание конспекта лекций Содержание конспекта лекций .................................................................................................................. 3 Список сокращений ..................................................................................................................................10 Введение.....................................................................................................................................................11 Лекция 1 .....................................................................................................................................................12 Тема 1. Основные понятия технологии проектирования ИС .............................................................12 Раздел 1.1. Классификация ИС .........................................................................................................12 Выводы по разделу 1.1 .....................................................................................................................15 Теоретические вопросы по разделу 1.1 ..........................................................................................16 Раздел 1.2. История развития ИС .....................................................................................................16 Выводы по разделу 1.2 .....................................................................................................................17 Теоретические вопросы по разделу 1.2 ..........................................................................................17 Раздел 1.3. Особенности проектирования ИС ................................................................................17 Выводы по разделу 1.3 .....................................................................................................................20 Теоретические вопросы по разделу 1.3 ..........................................................................................20 Выводы по теме 1 ..................................................................................................................................20 Теоретические вопросы по теме 1 .......................................................................................................21 Лекция 2 .....................................................................................................................................................22 Тема 2. Жизненный цикл программного обеспечения ИС ................................................................22 Раздел 2.1. Краткий обзор моделей ЖЦ ........................................................................................22 Выводы по разделу 2.1 .....................................................................................................................22 Теоретические вопросы по разделу 2.1 ..........................................................................................23 Раздел 2.2. Каскадная модель ЖЦ ..................................................................................................23 Выводы по разделу 2.2 .....................................................................................................................24 Теоретические вопросы по разделу 2.2 ..........................................................................................24 Раздел 2.3. Спиральная модель ЖЦ ...............................................................................................25 Выводы по разделу 2.3 .....................................................................................................................26 Теоретические вопросы по разделу 2.3 ..........................................................................................26 Раздел 2.4. Стандарты ЖЦ ...............................................................................................................26 Выводы по разделу 2.4 .....................................................................................................................30 Теоретические вопросы по разделу 2.4 ..........................................................................................30 Выводы по теме 2 ..................................................................................................................................31 Теоретические вопросы по теме 2 .......................................................................................................31 Лекция 3 .....................................................................................................................................................32 Тема 3. Организация разработки ИС ...................................................................................................32 4 Раздел 3.1. Каноническое проектирование ИС .............................................................................32 Выводы по разделу 3.1 .....................................................................................................................41 Теоретические вопросы по разделу 3.1 ..........................................................................................41 Раздел 3.2. Типовое проектирование ИС .......................................................................................41 Выводы по разделу 3.2 .....................................................................................................................45 Теоретические вопросы по разделу 3.2 ..........................................................................................45 Выводы по теме 3 ..................................................................................................................................45 Теоретические вопросы по теме 3 .......................................................................................................45 Лекция 4 .....................................................................................................................................................47 Тема 4. Анализ и моделирование функциональной области внедрения ИС ..................................47 Раздел 4.1. Полная бизнес-модель компании ...............................................................................47 Выводы по разделу 4.1 .....................................................................................................................50 Теоретические вопросы по разделу 4.1 ..........................................................................................51 Раздел 4.2. Полная бизнес-модель компании ...............................................................................51 Выводы по разделу 4.2 .....................................................................................................................56 Теоретические вопросы по разделу 4.2 ..........................................................................................56 Раздел 4.3. Построения организационно-функциональной модели компании.........................56 Выводы по разделу 4.3 .....................................................................................................................61 Теоретические вопросы по разделу 4.3 ..........................................................................................62 Раздел 4.4. Инструментальные средства организационного моделирования ...........................62 Выводы по разделу 4.4 .....................................................................................................................63 Теоретические вопросы по разделу 4.4 ..........................................................................................63 Выводы по теме 4 ..................................................................................................................................63 Теоретические вопросы по теме 4 .......................................................................................................64 Лекция 5 .....................................................................................................................................................65 Тема 5. Спецификация функциональных требований к ИС ...............................................................65 Раздел 5.1. Процессные потоковые модели ..................................................................................65 Выводы по разделу 5.1 .....................................................................................................................68 Теоретические вопросы по разделу 5.1 ..........................................................................................68 Раздел 5.2. Основные элементы процессного подхода ................................................................68 Выводы по разделу 5.2 .....................................................................................................................69 Теоретические вопросы по разделу 5.2 ..........................................................................................69 Раздел 5.3. Выделение и классификация процессов .....................................................................70 Выводы по разделу 5.3 .....................................................................................................................75 Теоретические вопросы по разделу 5.3 ..........................................................................................75 5 Раздел 5.4. Референтная модель бизнес-процесса .......................................................................76 Раздел 5.5. Проведение предпроектного обследования предприятий .......................................76 Выводы по разделу 5.5 .....................................................................................................................79 Теоретические вопросы по разделу 5.5 ..........................................................................................79 Раздел 5.6. Результаты предпроектного обследования ................................................................80 Выводы по теме 5 ..................................................................................................................................81 Теоретические вопросы по теме 5 .......................................................................................................81 Лекция 6 .....................................................................................................................................................83 Тема 6. Методологии моделирования предметной области............................................................83 Раздел 6.1. Структурная модель предметной области ..................................................................83 Выводы по разделу 6.1 .....................................................................................................................87 Теоретические вопросы по разделу 6.1 ..........................................................................................87 Раздел 6.2. Функционально-ориентированные и объектно-ориентированные методологии описания предметной области ........................................................................................................88 Выводы по разделу 6.2 .....................................................................................................................96 Теоретические вопросы по разделу 6.2 ..........................................................................................96 Раздел 6.3. Синтетическая методика ...............................................................................................96 Выводы по разделу 6.3 .....................................................................................................................97 Теоретические вопросы по разделу 6.3 ..........................................................................................97 Выводы по теме 6 ..................................................................................................................................98 Теоретические вопросы по теме 6 .......................................................................................................98 Лекция 7 .....................................................................................................................................................99 Тема 7. Моделирование бизнес-процессов средствами AllFusion Process Modeler .......................99 Раздел 7.1. Инструментальная среда BPwin ...................................................................................99 Раздел 7.2. Построение модели IDEF0 ..........................................................................................101 Слияние и расщепление моделей .................................................................................................122 Создание отчетов в BPwin ...............................................................................................................124 Слияние и расщепление моделей .................................................................................................124 Создание отчетов в BPwin ...............................................................................................................126 Выводы по разделу 7.2 ...................................................................................................................127 Теоретические вопросы по разделу 7.2 ........................................................................................127 Выводы по теме 7 ................................................................................................................................127 Теоретические вопросы по теме 7 .....................................................................................................127 Лекция 8 ...................................................................................................................................................129 Тема 8. Моделирование бизнес-процессов средствами AllFusion Process Modeler (часть 2) ......129 6 Раздел 8.1. Стоимостный анализ ...................................................................................................129 Выводы по разделу 8.1 ...................................................................................................................135 Раздел 8.2. Диаграммы потоков данных .......................................................................................135 Выводы по разделу 8.2 ...................................................................................................................138 Теоретические вопросы по разделу 8.2 ........................................................................................138 Раздел 8.3. Метод описания процессов IDEF3 ..............................................................................138 Выводы по разделу 8.3 ...................................................................................................................142 Теоретические вопросы по разделу 8.3 ........................................................................................142 Раздел 8.4. Имитационное моделирование .................................................................................143 Выводы по разделу 8.4 ...................................................................................................................144 Теоретические вопросы по разделу 8.4 ........................................................................................144 Выводы по теме 8 ................................................................................................................................144 Теоретические вопросы по теме 8 .....................................................................................................145 Лекция 9 ...................................................................................................................................................146 Тема 9. Информационное обеспечение ИС ......................................................................................146 Раздел 9.1. Информационное обеспечение ИС ............................................................................146 Выводы по разделу 9.1 ...................................................................................................................147 Теоретические вопросы по разделу 9.1 ........................................................................................147 Раздел 9.2. Внемашинное информационное обеспечение ........................................................147 Выводы по разделу 9.2 ...................................................................................................................156 Теоретические вопросы по разделу 9.2 ........................................................................................156 Раздел 9.3. Внутримашинное информационное обеспечение ...................................................157 Выводы по разделу 9.3 ...................................................................................................................160 Теоретические вопросы по разделу 9.3 ........................................................................................160 Выводы по теме 9 ................................................................................................................................161 Теоретические вопросы по теме 9 .....................................................................................................161 Лекция 10 .................................................................................................................................................162 Тема 10. Моделирование информационного обеспечения............................................................162 Раздел 10.1. Моделирование данных ...........................................................................................162 Выводы по разделу 10.1 .................................................................................................................165 Теоретические вопросы по разделу 10.1 ......................................................................................165 Раздел 10.2. Отображение модели данных в инструментальном средстве ERwin ...................165 Выводы по разделу 10.2 .................................................................................................................168 Теоретические вопросы по разделу 10.2 ......................................................................................168 Раздел 10.3. Создание логической модели данных .....................................................................168 7 Выводы по разделу 10.3 .................................................................................................................174 Теоретические вопросы по разделу 10.3 ......................................................................................174 Раздел 10.4. Создание физической модели данных ....................................................................175 Выводы по разделу 10.4 .................................................................................................................177 Теоретические вопросы по разделу 10.4 ......................................................................................178 Раздел 10.5. Прямое и обратное проектирование .......................................................................178 Генерация кода клиентской части с помощью ERwin ..................................................................178 Выводы по разделу 10.5 .................................................................................................................179 Теоретические вопросы по разделу 10.5 ......................................................................................180 Выводы по теме 10 ..............................................................................................................................180 Теоретические вопросы по теме 10 ...................................................................................................181 Лекция 11 .................................................................................................................................................183 Тема 11. Унифицированный язык визуального моделирования Unified Modeling Language (UML) ...............................................................................................................................................................183 Раздел 11.1. Назначение языка ......................................................................................................183 Раздел 11.2. Историческая справка ...............................................................................................184 Раздел 11.3. Способы использования языка.................................................................................185 Раздел 11.4. Структура определения языка ..................................................................................188 Раздел 11.5. Пакеты в языке UML ..................................................................................................189 Раздел 11.6. Терминология и нотация ..........................................................................................198 Выводы по теме 11 ..............................................................................................................................199 Теоретические вопросы по теме 11 ...................................................................................................200 Лекция 12 .................................................................................................................................................201 Тема 12. Диаграмма вариантов использования ...............................................................................201 Раздел 12.1. Диаграмма вариантов использования ....................................................................201 Раздел 12.2. Пример построения диаграммы вариантов использования .................................213 Раздел 12.3. Рекомендации по разработке диаграмм вариантов использования ...................216 Выводы по теме 12 ..............................................................................................................................219 Теоретические вопросы по теме 12 ...................................................................................................219 Лекция 13 .................................................................................................................................................220 Тема 13. Диаграмма классов ..............................................................................................................220 Раздел 13.1. Диаграмма классов....................................................................................................220 Раздел 13.2. Рекомендации по построению диаграмм классов .................................................240 Выводы по теме 13 ..............................................................................................................................241 Теоретические вопросы по теме 13 ...................................................................................................241 8 Лекция 14 .................................................................................................................................................242 Тема 14. Диаграмма кооперации.......................................................................................................242 Раздел 14.1. Диаграмма кооперации ............................................................................................242 Раздел 14.2. Пример построения диаграммы кооперации .........................................................253 Раздел 14.2. Заключительные рекомендации по построению диаграмм кооперации ............255 Выводы по теме 14 ..............................................................................................................................256 Теоретические вопросы по теме 14 ...................................................................................................256 Лекция 15 .................................................................................................................................................257 Тема 15. Диаграмма последовательности ........................................................................................257 Раздел 15.1. Диаграмма последовательности ..............................................................................257 Раздел 15.2. Пример построения диаграммы последовательности ..........................................265 Выводы по теме 15 ..............................................................................................................................268 Теоретические вопросы по теме 15 ...................................................................................................268 Лекция 16 .................................................................................................................................................269 Тема 16. Диаграмма состояний ..........................................................................................................269 Раздел 16.1. Диаграмма состояний ...............................................................................................269 Раздел 16.2 Заключительные рекомендации по построению диаграмм состояний ................286 Выводы по теме 16 ..............................................................................................................................287 Теоретические вопросы по теме 16 ...................................................................................................287 Лекция 17 .................................................................................................................................................288 Тема 17. Диаграмма деятельности ....................................................................................................288 Раздел 17.1. Диаграмма деятельности..........................................................................................288 Раздел 17.2 Рекомендации по построению диаграмм деятельности ........................................298 Выводы по теме 17 ..............................................................................................................................300 Теоретические вопросы по теме 17 ...................................................................................................300 Лекция 18 .................................................................................................................................................301 Тема 18. Диаграмма компонентов ....................................................................................................301 Раздел 18.1. Диаграмма компонентов ..........................................................................................301 Раздел 18.2 Рекомендации по построению диаграммы компонентов ......................................308 Выводы по теме 18 ..............................................................................................................................309 Теоретические вопросы по теме 18 ...................................................................................................309 Лекция 19 .................................................................................................................................................310 Тема 19. Диаграмма развёртывания .................................................................................................310 Раздел 19.1. Диаграмма развёртывания .......................................................................................310 Раздел 19.2 Рекомендации по построению диаграммы развертывания ..................................315 9 Выводы по теме 19 ..............................................................................................................................316 Теоретические вопросы по теме 19 ...................................................................................................317 Список литературы .................................................................................................................................318 Глоссарий .................................................................................................................................................319 10 Список сокращений ИС – Информационная система ТП – Технологический процесс САПР – Система автоматизированного проектирования ЖЦ – Жизненный цикл CASE - Computer-Aided Software Engineering (Автоматизированная разработка программного обеспечения) ПО – Программное обеспечение БД – База данных ИТ – Информационные технологии BSP - Business System Planning (Методология организационного планирования) ГОСТ – Государственный стандарт XP - Extreme Programming (Экстремальное программирование) ТЗ – техническое задание ТПР – Типовое проектное решение СУБД – Система управления базой данных ППП – Пакет прикладных программ UML - Unified Modeling Language (Унифицированный язык моделирования) UDP – Свойства, определяемые пользователем СМЭС – Система международных экономических стандартов УСД – Унифицированная система документов ЭД – Электронный документ ИБ – Информационная база ООАП – Объектно-ориентированный анализ и проектирование ООП – Объектно-ориентированное программирование НСИ – Нормативно-справочная информация 11 Введение Цель преподавания дисциплины заключается в том, чтобы на основе изученных дисциплин учебного плана дать студентам завершающие знания в области современных научных и практических методов проектирования и сопровождения информационных систем (ИС) различного масштаба для разных предметных областей. В курсе изучается системное представление основных этапов проектирования ИС, основанного на объектном подходе с использованием промышленных стандартизированных решений, опирающихся на современные технологии Internet, UML и др. Студент, изучивший курс «Проектирование информационных систем», должен: иметь представление о современных методах проектирования; знать методы, средства и технологию: анализа информационных ресурсов предметных областей; разработки различных моделей данных и ИС; конструирования программных модулей ИС; анализа проектных решений ИС, сопровождения ИС; уметь осуществлять проектирование информационных систем от этапа постановки задачи до программной реализации; иметь навыки работы с современными средами разработки: AllFusion Data Modeler, AllFusion Process Modeler и StarUML. Дисциплина относится к циклу дисциплин специализации и федеральному компоненту основной образовательной программы (ООП). Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах: 1. Информационные технологии 2. Теория информационных процессов и систем 3. Управление данными 4. Информационные сети 5. Моделирование систем 12 Лекция 1 Тема 1. Основные понятия технологии проектирования ИС Предмет и метод курса "Проектирование информационных систем". Понятие экономической информационной системы. Классы ИС. Структура однопользовательской и многопользовательской, малой и корпоративной ИС, локальной и распределенной ИС, состав и назначение подсистем. Основные особенности современных проектов ИС. Этапы создания ИС: формирование требований, концептуальное проектирование, спецификация приложений, разработка моделей, интеграция и тестирование информационной системы. Методы программной инженерии в проектировании ИС. Раздел 1.1. Классификация ИС Информация в современном мире превратилась в один из наиболее важных ресурсов, а информационные системы (ИС) стали необходимым инструментом практически во всех сферах деятельности. Разнообразие задач, решаемых с помощью ИС, привело к появлению множества разнотипных систем, отличающихся принципами построения и заложенными в них правилами обработки информации. Информационные системы можно классифицировать по целому ряду различных признаков. В основу рассматриваемой классификации положены наиболее существенные признаки, определяющие функциональные возможности и особенности построения современных систем. В зависимости от объема решаемых задач, используемых технических средств, организации функционирования, информационные системы делятся на ряд групп (классов) (рис. 1.1). По типу хранимых данных ИС делятся на фактографические и документальные. Фактографические системы предназначены для хранения и обработки структурированных данных в виде чисел и текстов. Над такими данными можно выполнять различные операции. В документальных системах информация представлена в виде документов, состоящих из наименований, описаний, рефератов и текстов. Поиск по неструктурированным данным осуществляется с использованием семантических признаков. Отобранные документы предоставляются пользователю, а обработка данных в таких системах практически не производится. Основываясь на степени автоматизации информационных процессов в системе управления фирмой, информационные системы делятся на ручные, автоматические и автоматизированные. Ручные ИС характеризуются отсутствием современных технических средств переработки информации и выполнением всех операций человеком. В автоматических ИС все операции по переработке информации выполняются без участия человека. Автоматизированные ИС предполагают участие в процессе обработки информации и человека, и технических средств, причем главная роль в выполнении рутинных операций обработки данных отводится компьютеру. Именно этот класс систем соответствует современному представлению понятия "информационная система". В зависимости от характера обработки данных ИС делятся на информационнопоисковые и информационно-решающие. Информационно-поисковые системы производят ввод, систематизацию, хранение, выдачу информации по запросу пользователя без сложных преобразований данных. (Например, ИС библиотечного обслуживания, резервирования и продажи билетов на транспорте, бронирования мест в гостиницах и пр.) 13 Информационно-решающие системы осуществляют, кроме того, операции переработки информации по определенному алгоритму. По характеру использования выходной информации такие системы принято делить на управляющие и советующие. Рис. 1.1. Классификация информационных систем Результирующая информация управляющих ИС непосредственно трансформируется в принимаемые человеком решения. Для этих систем характерны задачи расчетного характера и обработка больших объемов данных. (Например, ИС планирования производства или заказов, бухгалтерского учета.) Советующие ИС вырабатывают информацию, которая принимается человеком к сведению и учитывается при формировании управленческих решений, а не инициирует конкретные действия. Эти системы имитируют интеллектуальные процессы обработки знаний, а не данных. (Например, экспертные системы.) В зависимости от сферы применения различают следующие классы ИС. Информационные системы организационного управления - предназначены для автоматизации функций управленческого персонала как промышленных предприятий, так и непромышленных объектов (гостиниц, банков, магазинов и пр.). Основными функциями подобных систем являются: оперативный контроль и регулирование, оперативный учет и анализ, перспективное и оперативное планирование, бухгалтерский учет, управление сбытом, снабжением и другие экономические и организационные задачи. ИС управления технологическими процессами (ТП) - служат для автоматизации функций производственного персонала по контролю и управлению производственными операциями. В таких системах обычно предусматривается наличие развитых средств измерения параметров технологических процессов (температуры, давления, химического состава и т.п.), процедур контроля допустимости значений параметров и регулирования технологических процессов. ИС автоматизированного проектирования (САПР) - предназначены для автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов, архитекторов, дизайнеров при создании новой техники или технологии. Основными функциями подобных систем являются: инженерные расчеты, создание графической документации (чертежей, схем, планов), создание проектной документации, моделирование проектируемых объектов. Интегрированные (корпоративные) ИС - используются для автоматизации всех функций фирмы и охватывают весь цикл работ от планирования деятельности до сбыта продукции. Они включают в себя ряд модулей (подсистем), работающих в едином инфор- 14 мационном пространстве и выполняющих функции поддержки соответствующих направлений деятельности. Типовые задачи, решаемые модулями корпоративной системы, приведены в таблице 1.1. Анализ современного состояния рынка ИС показывает устойчивую тенденцию роста спроса на информационные системы организационного управления. Причем спрос продолжает расти именно на интегрированные системы управления. Автоматизация отдельной функции, например, бухгалтерского учета или сбыта готовой продукции, считается уже пройденным этапом для многих предприятий. В таблице 1.2 приведен перечень наиболее популярных в настоящее время программных продуктов для реализации ИС организационного управления различных классов. Существует классификация ИС в зависимости от уровня управления, на котором система используется. Таблица 1.1. Функциональное назначение модулей корпоративной ИС. Подсистема Производственные Финансовые и Подсистема Прочие подмаркетинга подсистемы учетные подкадров (человесистемы (насистемы ческих ресурпример, ИС сов) руководства) Исследование Планирование объУправление Анализ и прогно- Контроль за рынка и прогно- емов работ и разрапортфелем заказирование подеятельностью зирование проботка календарных зов требности в тру- фирмы даж планов довых ресурсах Управление про- Оперативный конУправление кре- Ведение архивов Выявление опедажами троль и управление дитной политизаписей о персо- ративных пропроизводством кой нале блем Рекомендации по Анализ работы обо- Разработка фиАнализ и плани- Анализ управпроизводству рудования нансового плана рование подголенческих и новой продукции товки кадров стратегических ситуаций Анализ и устаУчастие в формиро- Финансовый Обеспечение новление цены вании заказов поанализ и прогнопроцесса выраставщикам зирование ботки стратегических решений Учет заказов Управление запаса- Контроль бюдми жета, бухгалтерский учет и расчет зарплаты Информационная система оперативного уровня - поддерживает исполнителей, обрабатывая данные о сделках и событиях (счета, накладные, зарплата, кредиты, поток сырья и материалов). Информационная система оперативного уровня является связующим звеном между фирмой и внешней средой. Задачи, цели, источники информации и алгоритмы обработки на оперативном уровне заранее определены и в высокой степени структурированы. Информационные системы специалистов - поддерживают работу с данными и знаниями, повышают продуктивность и производительность работы инженеров и проектировщиков. Задача подобных информационных систем - интеграция новых сведений в организацию и помощь в обработке бумажных документов. Информационные системы уровня менеджмента - используются работниками среднего управленческого звена для мониторинга, контроля, принятия решений и администрирования. Основные функции этих информационных систем: сравнение текущих показателей с прошлыми; 15 составление периодических отчетов за определенное время, а не выдача отчетов по текущим событиям, как на оперативном уровне; обеспечение доступа к архивной информации и т.д. Таблица 1.2. Классификация рынка информационных систем Локальные системы Малые интегрироСредние интегрироКрупные интегриванные системы ванные системы рованные системы (IC) БЭСТ Concorde XAL MicrosoftSAP/R3 (SAP Инотек Exact Business AG) Инфософт NS-2000 Solutions Baan (Baan) СуперPlatinum Navision, Axapta BPCS Менеджер PRO/MIS J D Edwards (ITS/SSA) ТурбоScala (Robertson & OEBS (Oracle Бухгалтер SunSystems Blums) E-Business ИнфоБЭСТ-ПРО MFG-Pro Suite) Бухгалтер 1C(QAD/BMS) Предприятие SyteLine БОСС(COKAП/SYMIX Корпорация ) Галактика Парус Ресурс Эталон Стратегическая информационная система - компьютерная информационная система, обеспечивающая поддержку принятия решений по реализации стратегических перспективных целей развития организации. Информационные системы стратегического уровня помогают высшему звену управленцев решать неструктурированные задачи, осуществлять долгосрочное планирование. Основная задача - сравнение происходящих во внешнем окружении изменений с существующим потенциалом фирмы. Они призваны создать общую среду компьютерной телекоммуникационной поддержки решений в неожиданно возникающих ситуациях. Используя самые совершенные программы, эти системы способны в любой момент предоставить информацию из многих источников. Некоторые стратегические системы обладают ограниченными аналитическими возможностями. С точки зрения программно-аппаратной реализации можно выделить ряд типовых архитектур ИС. Традиционные архитектурные решения основаны на использовании выделенных файл-серверов или серверов баз данных. Существуют также варианты архитектур корпоративных информационных систем, базирующихся на технологии Internet (Intranetприложения). Следующая разновидность архитектуры информационной системы основывается на концепции "хранилища данных" (DataWarehouse) - интегрированной информационной среды, включающей разнородные информационные ресурсы. И, наконец, для построения глобальных распределенных информационных приложений используется архитектура интеграции информационно-вычислительных компонентов на основе объектноориентированного подхода. Выводы по разделу 1.1 16 Информационные системы - неотъемлемая составляющая современного общества. Они применяются для решения различных задач, что является причиной их большого разнообразия. Для решения определённых задач необходимо использовать соответствующие типы информационных систем. Теоретические вопросы по разделу 1.1 - Перечислите классы информационных систем (ИС). - Как различаются ИС в зависимости от типа хранимых данных? - Как различаются ИС в зависимости от степени автоматизации? - Как различаются ИС в зависимости от характера обработки данных? - Как различаются ИС в зависимости от характера использования выходной информации? - Как различаются ИС в зависимости от сферы применения? - Как различаются ИС в зависимости от программно-аппаратной реализации? Раздел 1.2. История развития ИС Индустрия разработки автоматизированных информационных систем управления зародилась в 1950-х - 1960-х годах и к концу века приобрела вполне законченные формы. На первом этапе основным подходом в проектировании ИС был метод "снизувверх", когда система создавалась как набор приложений, наиболее важных в данный момент для поддержки деятельности предприятия. Основной целью этих проектов было не создание тиражируемых продуктов, а обслуживание текущих потребностей конкретного учреждения. Такой подход отчасти сохраняется и сегодня. В рамках "лоскутной автоматизации" достаточно хорошо обеспечивается поддержка отдельных функций, но практически полностью отсутствует стратегия развития комплексной системы автоматизации, а объединение функциональных подсистем превращается в самостоятельную и достаточно сложную проблему. Создавая свои отделы и управления автоматизации, предприятия пытались "обустроиться" своими силами. Однако периодические изменения технологий работы и должностных инструкций, сложности, связанные с разными представлениями пользователей об одних и тех же данных, приводили к непрерывным доработкам программных продуктов для удовлетворения все новых и новых пожеланий отдельных работников. Как следствие и работа программистов, и создаваемые ИС вызывали недовольство руководителей и пользователей системы. Следующий этап связан с осознанием того факта, что существует потребность в достаточно стандартных программных средствах автоматизации деятельности различных учреждений и предприятий. Из всего спектра проблем разработчики выделили наиболее заметные: автоматизацию ведения бухгалтерского аналитического учета и технологических процессов. Системы начали проектироваться "сверху-вниз", т.е. в предположении, что одна программа должна удовлетворять потребности многих пользователей. Сама идея использования универсальной программы накладывает существенные ограничения на возможности разработчиков по формированию структуры базы данных, экранных форм, по выбору алгоритмов расчета. Заложенные "сверху" жесткие рамки не дают возможности гибко адаптировать систему к специфике деятельности конкретного предприятия: учесть необходимую глубину аналитического и производственнотехнологического учета, включить необходимые процедуры обработки данных, обеспечить интерфейс каждого рабочего места с учетом функций и технологии работы конкретного пользователя. Решение этих задач требует серьезных доработок системы. Таким образом, материальные и временные затраты на внедрение системы и ее доводку под требования заказчика обычно значительно превышают запланированные показатели. 17 Согласно статистическим данным, собранным Standish Group (США), из 8380 проектов, обследованных в США в 1994 году, неудачными оказались более 30% проектов, общая стоимость которых превышала 80 миллиардов долларов. При этом оказались выполненными в срок лишь 16% от общего числа проектов, а перерасход средств составил 189% от запланированного бюджета. В то же время, заказчики ИС стали выдвигать все больше требований, направленных на обеспечение возможности комплексного использования корпоративных данных в управлении и планировании своей деятельности. Таким образом, возникла насущная необходимость формирования новой методологии построения информационных систем. Цель такой методологии заключается в регламентации процесса проектирования ИС и обеспечении управления этим процессом с тем, чтобы гарантировать выполнение требований как к самой ИС, так и к характеристикам процесса разработки. Основными задачами, решению которых должна способствовать методология проектирования корпоративных ИС, являются следующие: обеспечивать создание корпоративных ИС, отвечающих целям и задачам организации, а также предъявляемым требованиям по автоматизации деловых процессов заказчика; гарантировать создание системы с заданным качеством в заданные сроки и в рамках установленного бюджета проекта; поддерживать удобную дисциплину сопровождения, модификации и наращивания системы; обеспечивать преемственность разработки, т.е. использование в разрабатываемой ИС существующей информационной инфраструктуры организации (задела в области информационных технологий). Внедрение методологии должно приводить к снижению сложности процесса создания ИС за счет полного и точного описания этого процесса, а также применения современных методов и технологий создания ИС на всем жизненном цикле ИС - от замысла до реализации. Выводы по разделу 1.2 Информационные системы появились в 50-х - 60-х годах прошлого века. Они прошли ряд этапов в своём развитии, и к настоящему времени находятся на третьем этапе. Он характеризуется высокими требованиями к описанию процесса проектирования и к управлению им. Теоретические вопросы по разделу 1.2 - Опешите первый этап развития ИС. - Опишите второй этап развития ИС. - Опишите третий этап развития ИС. - Опишите основные особенности третьего этапа. Раздел 1.3. Особенности проектирования ИС Проектирование ИС охватывает три основные области: 18 проектирование объектов данных, которые будут реализованы в базе данных; проектирование программ, экранных форм, отчетов, которые будут обеспечивать выполнение запросов к данным; учет конкретной среды или технологии, а именно: топологии сети, конфигурации аппаратных средств, используемой архитектуры (файл-сервер или клиент-сервер), параллельной обработки, распределенной обработки данных и т.п. Проектирование информационных систем всегда начинается с определения цели проекта. В общем виде цель проекта можно определить как решение ряда взаимосвязанных задач, включающих в себя обеспечение на момент запуска системы и в течение всего времени ее эксплуатации: требуемой функциональности системы и уровня ее адаптивности к изменяющимся условиям функционирования; требуемой пропускной способности системы; требуемого времени реакции системы на запрос; безотказной работы системы; необходимого уровня безопасности; простоты эксплуатации и поддержки системы. Согласно современной методологии, процесс создания ИС представляет собой процесс построения и последовательного преобразования ряда согласованных моделей на всех этапах жизненного цикла (ЖЦ) ИС. На каждом этапе ЖЦ создаются специфичные для него модели - организации, требований к ИС, проекта ИС, требований к приложениям и т.д. Модели формируются рабочими группами команды проекта, сохраняются и накапливаются в репозитории проекта. Создание моделей, их контроль, преобразование и предоставление в коллективное пользование осуществляется с использованием специальных программных инструментов - CASE-средств. Процесс создания ИС делится на ряд этапов (стадий), ограниченных некоторыми временными рамками и заканчивающихся выпуском конкретного продукта (моделей, программных продуктов, документации и пр.). Обычно выделяют следующие этапы создания ИС: формирование требований к системе, проектирование, реализация, тестирование, ввод в действие, эксплуатация и сопровождение. (Последние два этапа далее не рассматриваются, поскольку выходят за рамки тематики курса.) Начальным этапом процесса создания ИС является моделирование бизнеспроцессов, протекающих в организации и реализующих ее цели и задачи. Модель организации, описанная в терминах бизнес-процессов и бизнес-функций, позволяет сформулировать основные требования к ИС. Это фундаментальное положение методологии обеспечивает объективность в выработке требований к проектированию системы. Множество моделей описания требований к ИС затем преобразуется в систему моделей, описывающих концептуальный проект ИС. Формируются модели архитектуры ИС, требований к программному обеспечению (ПО) и информационному обеспечению (ИО). Затем формируется архитектура ПО и ИО, выделяются корпоративные БД и отдельные приложения, формируются модели требований к приложениям и проводится их разработка, тестирование и интеграция. Целью начальных этапов создания ИС, выполняемых на стадии анализа деятельности организации, является формирование требований к ИС, корректно и точно отражающих цели и задачи организации-заказчика. Чтобы специфицировать процесс создания ИС, отвечающей потребностям организации, нужно выяснить и четко сформулировать, в чем заключаются эти потребности. Для этого необходимо определить требования заказчиков к 19 ИС и отобразить их на языке моделей в требования к разработке проекта ИС так, чтобы обеспечить соответствие целям и задачам организации. Задача формирования требований к ИС является одной из наиболее ответственных, трудно формализуемых и наиболее дорогих и тяжелых для исправления в случае ошибки. Современные инструментальные средства и программные продукты позволяют достаточно быстро создавать ИС по готовым требованиям. Но зачастую эти системы не удовлетворяют заказчиков, требуют многочисленных доработок, что приводит к резкому удорожанию фактической стоимости ИС. Основной причиной такого положения является неправильное, неточное или неполное определение требований к ИС на этапе анализа. На этапе проектирования прежде всего формируются модели данных. Проектировщики в качестве исходной информации получают результаты анализа. Построение логической и физической моделей данных является основной частью проектирования базы данных. Полученная в процессе анализа информационная модель сначала преобразуется в логическую, а затем в физическую модель данных. Параллельно с проектированием схемы базы данных выполняется проектирование процессов, чтобы получить спецификации (описания) всех модулей ИС. Оба эти процесса проектирования тесно связаны, поскольку часть бизнес-логики обычно реализуется в базе данных (ограничения, триггеры, хранимые процедуры). Главная цель проектирования процессов заключается в отображении функций, полученных на этапе анализа, в модули информационной системы. При проектировании модулей определяют интерфейсы программ: разметку меню, вид окон, горячие клавиши и связанные с ними вызовы. Конечными продуктами этапа проектирования являются: схема базы данных (на основании ER-модели, разработанной на этапе анализа); набор спецификаций модулей системы (они строятся на базе моделей функций). Кроме того, на этапе проектирования осуществляется также разработка архитектуры ИС, включающая в себя выбор платформы (платформ) и операционной системы (операционных систем). В неоднородной ИС могут работать несколько компьютеров на разных аппаратных платформах и под управлением различных операционных систем. Кроме выбора платформы, на этапе проектирования определяются следующие характеристики архитектуры: будет ли это архитектура "файл-сервер" или "клиент-сервер"; будет ли это 3-уровневая архитектура со следующими слоями: сервер, ПО промежуточного слоя (сервер приложений), клиентское ПО; будет ли база данных централизованной или распределенной. Если база данных будет распределенной, то какие механизмы поддержки согласованности и актуальности данных будут использоваться; будет ли база данных однородной, то есть, будут ли все серверы баз данных продуктами одного и того же производителя (например, все серверы только Oracle или все серверы только DB2 UDB). Если база данных не будет однородной, то какое ПО будет использовано для обмена данными между СУБД разных производителей (уже существующее или разработанное специально как часть проекта); будут ли для достижения должной производительности использоваться параллельные серверы баз данных (например, Oracle Parallel Server, DB2 UDB и т.п.). Этап проектирования завершается разработкой технического проекта ИС. На этапе реализации осуществляется создание программного обеспечения системы, установка технических средств, разработка эксплуатационной документации. Этап тестирования обычно оказывается распределенным во времени. 20 После завершения разработки отдельного модуля системы выполняют автономный тест, который преследует две основные цели: обнаружение отказов модуля (жестких сбоев); соответствие модуля спецификации (наличие всех необходимых функций, отсутствие лишних функций). После того как автономный тест успешно пройдет, модуль включается в состав разработанной части системы и группа сгенерированных модулей проходит тесты связей, которые должны отследить их взаимное влияние. Далее группа модулей тестируется на надежность работы, то есть проходят, вопервых, тесты имитации отказов системы, а во-вторых, тесты наработки на отказ. Первая группа тестов показывает, насколько хорошо система восстанавливается после сбоев программного обеспечения, отказов аппаратного обеспечения. Вторая группа тестов определяет степень устойчивости системы при штатной работе и позволяет оценить время безотказной работы системы. В комплект тестов устойчивости должны входить тесты, имитирующие пиковую нагрузку на систему. Затем весь комплект модулей проходит системный тест - тест внутренней приемки продукта, показывающий уровень его качества. Сюда входят тесты функциональности и тесты надежности системы. Последний тест информационной системы - приемо-сдаточные испытания. Такой тест предусматривает показ информационной системы заказчику и должен содержать группу тестов, моделирующих реальные бизнес-процессы, чтобы показать соответствие реализации требованиям заказчика. Необходимость контролировать процесс создания ИС, гарантировать достижение целей разработки и соблюдение различных ограничений (бюджетных, временных и пр.) привело к широкому использованию в этой сфере методов и средств программной инженерии: структурного анализа, объектно-ориентированного моделирования, CASE-систем. Выводы по разделу 1.3 Проектирование ИС на современном этапе предполагает использование CASEсредств для ускорения их разработки и повышения качества конечного продукта. Кроме этого, сам процесс проектирования (и разработки) подчиняется определённым требованиям. Теоретические вопросы по разделу 1.3 - Опешите первый этап развития ИС. - Опишите второй этап развития ИС. - Опишите третий этап развития ИС. - Опишите основные особенности третьего этапа. Выводы по теме 1 Информационные системы - неотъемлемая составляющая современного общества. Они применяются для решения различных задач, что является причиной их большого разнообразия. Для решения определённых задач необходимо использовать соответствующие типы информационных систем. Информационные системы появились в 50-х - 60-х годах прошлого века. Они прошли ряд этапов в своём развитии, и к настоящему времени находятся на третьем этапе. Он 21 характеризуется высокими требованиями к описанию процесса проектирования и к управлению им. Проектирование ИС на современном этапе предполагает использование CASEсредств для ускорения их разработки и повышения качества конечного продукта. Кроме этого, сам процесс проектирования (и разработки) подчиняется определённым требованиям. Теоретические вопросы по теме 1 - Перечислите классы информационных систем (ИС). - Как различаются ИС в зависимости от типа хранимых данных? - Как различаются ИС в зависимости от степени автоматизации? - Как различаются ИС в зависимости от характера обработки данных? - Как различаются ИС в зависимости от характера использования выходной информации? - Как различаются ИС в зависимости от сферы применения? - Как различаются ИС в зависимости от программно-аппаратной реализации? - Опешите первый этап развития ИС. - Опишите второй этап развития ИС. - Опишите третий этап развития ИС. - Опишите основные особенности третьего этапа. - Опешите первый этап развития ИС. - Опишите второй этап развития ИС. - Опишите третий этап развития ИС. - Опишите основные особенности третьего этапа. 22 Лекция 2 Тема 2. Жизненный цикл программного обеспечения ИС Понятие жизненного цикла ПО ИС. Процессы жизненного цикла: основные, вспомогательные, организационные. Содержание и взаимосвязь процессов жизненного цикла ПО ИС. Модели жизненного цикла: каскадная, модель с промежуточным контролем, спиральная. Стадии жизненного цикла ПО ИС. Регламентация процессов проектирования в отечественных и международных стандартах. Раздел 2.1. Краткий обзор моделей ЖЦ Методология проектирования информационных систем описывает процесс создания и сопровождения систем в виде жизненного цикла (ЖЦ) ИС, представляя его как некоторую последовательность стадий и выполняемых на них процессов. Для каждого этапа определяются состав и последовательность выполняемых работ, получаемые результаты, методы и средства, необходимые для выполнения работ, роли и ответственность участников и т.д. Такое формальное описание ЖЦ ИС позволяет спланировать и организовать процесс коллективной разработки и обеспечить управление этим процессом. Жизненный цикл ИС можно представить как ряд событий, происходящих с системой в процессе ее создания и использования. Модель жизненного цикла отражает различные состояния системы, начиная с момента возникновения необходимости в данной ИС и заканчивая моментом ее полного выхода из употребления. Модель жизненного цикла структура, содержащая процессы, действия и задачи, которые осуществляются в ходе разработки, функционирования и сопровождения программного продукта в течение всей жизни системы, от определения требований до завершения ее использования. В настоящее время известны и используются следующие модели жизненного цикла: Каскадная модель (рис. 2.1) предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе. Поэтапная модель с промежуточным контролем (рис. 2.2). Разработка ИС ведется итерациями с циклами обратной связи между этапами. Межэтапные корректировки позволяют учитывать реально существующее взаимовлияние результатов разработки на различных этапах; время жизни каждого из этапов растягивается на весь период разработки. Спиральная модель (рис. 2.3). На каждом витке спирали выполняется создание очередной версии продукта, уточняются требования проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка. Особое внимание уделяется начальным этапам разработки - анализу и проектированию, где реализуемость тех или иных технических решений проверяется и обосновывается посредством создания прототипов (макетирования). На практике наибольшее распространение получили две основные модели жизненного цикла: каскадная модель (характерна для периода 1970-1985 гг.); спиральная модель (характерна для периода после 1986.г.). Выводы по разделу 2.1 23 Жизненный цикл - некоторая последовательность стадий и выполняемых на них процессов. В настоящее время используются различные виды моделей жизненного цикла и на практике наиболее часто применяют каскадную и спиральную. Теоретические вопросы по разделу 2.1 - Что такое модель ЖЦ? - Дайте определение каскадной модели ЖЦ? - Дайте определение поэтапной модели с промежуточным контролем? - Дайте определение спиральной модели ЖЦ? Раздел 2.2. Каскадная модель ЖЦ В ранних проектах достаточно простых ИС каждое приложение представляло собой единый, функционально и информационно независимый блок. Для разработки такого типа приложений эффективным оказался каскадный способ. Каждый этап завершался после полного выполнения и документального оформления всех предусмотренных работ. Рис. 2.1. Каскадная модель ЖЦ ИС Рис. 2.2. Поэтапная модель с промежуточным контролем 24 Рис. 2.3. Спиральная модель ЖЦ ИС Можно выделить следующие положительные стороны применения каскадного подхода: на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности; выполняемые в логической последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты. Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении относительно простых ИС, когда в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования к системе. Основным недостатком этого подхода является то, что реальный процесс создания системы никогда полностью не укладывается в такую жесткую схему, постоянно возникает потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. В результате реальный процесс создания ИС оказывается соответствующим поэтапной модели с промежуточным контролем. Однако и эта схема не позволяет оперативно учитывать возникающие изменения и уточнения требований к системе. Согласование результатов разработки с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ, а общие требования к ИС зафиксированы в виде технического задания на все время ее создания. Таким образом, пользователи зачастую получают систему, не удовлетворяющую их реальным потребностям. Выводы по разделу 2.2 Каскадная модель (рис. 2.1) предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе. Теоретические вопросы по разделу 2.2 - Нарисуйте схему ЖЦ каскадного типа. - Дайте определение каскадной модели ЖЦ. - Каковы положительные особенности каскадных моделей? 25 - Каковы недостатки каскадных моделей? Раздел 2.3. Спиральная модель ЖЦ Спиральная модель ЖЦ была предложена для преодоления перечисленных проблем. На этапах анализа и проектирования реализуемость технических решений и степень удовлетворения потребностей заказчика проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию работоспособного фрагмента или версии системы. Это позволяет уточнить требования, цели и характеристики проекта, определить качество разработки, спланировать работы следующего витка спирали. Таким образом углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который удовлетворяет действительным требованиям заказчика и доводится до реализации. Итеративная разработка отражает объективно существующий спиральный цикл создания сложных систем. Она позволяет переходить на следующий этап, не дожидаясь полного завершения работы на текущем и решить главную задачу - как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым активизируя процесс уточнения и дополнения требований. Основная проблема спирального цикла - определение момента перехода на следующий этап. Для ее решения вводятся временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла, и переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. Планирование производится на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков. Несмотря на настойчивые рекомендации компаний - вендоров и экспертов в области проектирования и разработки ИС, многие компании продолжают использовать каскадную модель вместо какого-либо варианта итерационной модели. Основные причины, по которым каскадная модель сохраняет свою популярность, следующие: 1. Привычка - многие ИТ-специалисты получали образование в то время, когда изучалась только каскадная модель, поэтому она используется ими и в наши дни. 2. Иллюзия снижения рисков участников проекта (заказчика и исполнителя). Каскадная модель предполагает разработку законченных продуктов на каждом этапе: технического задания, технического проекта, программного продукта и пользовательской документации. Разработанная документация позволяет не только определить требования к продукту следующего этапа, но и определить обязанности сторон, объем работ и сроки, при этом окончательная оценка сроков и стоимости проекта производится на начальных этапах, после завершения обследования. Очевидно, что если требования к информационной системе меняются в ходе реализации проекта, а качество документов оказывается невысоким (требования неполны и/или противоречивы), то в действительности использование каскадной модели создает лишь иллюзию определенности и на деле увеличивает риски, уменьшая лишь ответственность участников проекта. При формальном подходе менеджер проекта реализует только те требования, которые содержатся в спецификации, опирается на документ, а не на реальные потребности бизнеса. Есть два основных типа контрактов на разработку ПО. Первый тип предполагает выполнение определенного объема работ за определенную сумму в определенные сроки (fixed price). Второй тип предполагает повременную оплату работы (time work). Выбор того или иного типа контракта зависит от степени определенности задачи. Каскадная модель с определенными этапами и их результатами лучше приспособлена для заключения контракта с оплатой по результатам работы, а именно этот тип контрактов позволяет получить полную оценку стоимости проекта до его завершения. Более вероятно заключение контракта с повременной оплатой на небольшую систему, с относитель- 26 но небольшим весом в структуре затрат предприятия. Разработка и внедрение интегрированной информационной системы требует существенных финансовых затрат, поэтому используются контракты с фиксированной ценой, и, следовательно, каскадная модель разработки и внедрения. Спиральная модель чаще применяется при разработке информационной системы силами собственного отдела ИТ предприятия. 3. Проблемы внедрения при использовании итерационной модели. В некоторых областях спиральная модель не может применяться, поскольку невозможно использование/тестирование продукта, обладающего неполной функциональностью (например, военные разработки, атомная энергетика и т.д.). Поэтапное итерационное внедрение информационной системы для бизнеса возможно, но сопряжено с организационными сложностями (перенос данных, интеграция систем, изменение бизнес-процессов, учетной политики, обучение пользователей). Трудозатраты при поэтапном итерационном внедрении оказываются значительно выше, а управление проектом требует настоящего искусства. Предвидя указанные сложности, заказчики выбирают каскадную модель, чтобы "внедрять систему один раз". Каждая из стадий создания системы предусматривает выполнение определенного объема работ, которые представляются в виде процессов ЖЦ. Процесс определяется как совокупность взаимосвязанных действий, преобразующих входные данные в выходные. Описание каждого процесса включает в себя перечень решаемых задач, исходных данных и результатов. Выводы по разделу 2.3 Спиральная модель ЖЦ была предложена для преодоления перечисленных проблем. Каждый виток спирали соответствует созданию работоспособного фрагмента или версии системы. Таким образом углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который удовлетворяет действительным требованиям заказчика и доводится до реализации. Теоретические вопросы по разделу 2.3 - Нарисуйте схему ЖЦ спирального типа. - Дайте определение спиральной модели ЖЦ. - Каковы положительные особенности спиральных моделей? - Каковы недостатки спиральных моделей? Раздел 2.4. Стандарты ЖЦ Существует целый ряд стандартов, регламентирующих ЖЦ ПО, а в некоторых случаях и процессы разработки. Значительный вклад в теорию проектирования и разработки информационных систем внесла компания IBM, предложив еще в середине 1970-х годов методологию BSP (Business System Planning - методология организационного планирования). Метод структурирования информации с использованием матриц пересечения бизнес-процессов, функциональных подразделений, функций систем обработки данных (информационных систем), информационных объектов, документов и баз данных, предложенный в BSP, используется сегодня не только в ИТ-проектах, но и проектах по реинжинирингу бизнеспроцессов, изменению организационной структуры. Важнейшие шаги процесса BSP, их последовательность (получить поддержку высшего руководства, определить процессы предприятия, определить классы данных, провести интервью, обработать и организовать 27 данные интервью) можно встретить практически во всех формальных методиках, а также в проектах, реализуемых на практике. Среди наиболее известных стандартов можно выделить следующие: ГОСТ 34.601-90 - распространяется на автоматизированные системы и устанавливает стадии и этапы их создания. Кроме того, в стандарте содержится описание содержания работ на каждом этапе. Стадии и этапы работы, закрепленные в стандарте, в большей степени соответствуют каскадной модели жизненного цикла. ISO/IEC 12207:1995 - стандарт на процессы и организацию жизненного цикла. Распространяется на все виды заказного ПО. Стандарт не содержит описания фаз, стадий и этапов. Custom Development Method (методика Oracle) по разработке прикладных информационных систем - технологический материал, детализированный до уровня заготовок проектных документов, рассчитанных на использование в проектах с применением Oracle. Применяется CDM для классической модели ЖЦ (предусмотрены все работы/задачи и этапы), а также для технологий "быстрой разработки" (Fast Track) или "облегченного подхода", рекомендуемых в случае малых проектов. Rational Unified Process (RUP) предлагает итеративную модель разработки, включающую четыре фазы: начало, исследование, построение и внедрение. Каждая фаза может быть разбита на этапы (итерации), в результате которых выпускается версия для внутреннего или внешнего использования. Прохождение через четыре основные фазы называется циклом разработки, каждый цикл завершается генерацией версии системы. Если после этого работа над проектом не прекращается, то полученный продукт продолжает развиваться и снова минует те же фазы. Суть работы в рамках RUP - это создание и сопровождение моделей на базе UML. Microsoft Solution Framework (MSF) сходна с RUP, так же включает четыре фазы: анализ, проектирование, разработка, стабилизация, является итерационной, предполагает использование объектно-ориентированного моделирования. MSF в сравнении с RUP в большей степени ориентирована на разработку бизнес-приложений. Extreme Programming (XP). Экстремальное программирование (самая новая среди рассматриваемых методологий) сформировалось в 1996 году. В основе методологии командная работа, эффективная коммуникация между заказчиком и исполнителем в течение всего проекта по разработке ИС, а разработка ведется с использованием последовательно дорабатываемых прототипов. В соответствии с базовым международным стандартом ISO/IEC 12207 все процессы ЖЦ ПО делятся на три группы: 1. Основные процессы: o приобретение; o поставка; o разработка; o эксплуатация; o сопровождение. 2. Вспомогательные процессы: o документирование; o управление конфигурацией; o обеспечение качества; o разрешение проблем; o аудит; o аттестация; o совместная оценка; 28 o верификация. 3. Организационные процессы: o создание инфраструктуры; o управление; o обучение; o усовершенствование. В таблице 2.1 приведены ориентировочные описания основных процессов ЖЦ. Вспомогательные процессы предназначены для поддержки выполнения основных процессов, обеспечения качества проекта, организации верификации, проверки и тестирования ПО. Организационные процессы определяют действия и задачи, выполняемые как заказчиком, так и разработчиком проекта для управления своими процессами. Для поддержки практического применения стандарта ISO/IEC 12207 разработан ряд технологических документов: Руководство для ISO/IEC 12207 (ISO/IEC TR 15271:1998 Information technology - Guide for ISO/IEC 12207) и Руководство по применению ISO/IEC 12207 к управлению проектами (ISO/IEC TR 16326:1999 Software engineering - Guide for the application of ISO/IEC 12207 to project management). Таблица 2.1. Содержание основных процессов ЖЦ ПО ИС (ISO/IEC 12207) Процесс (исДействия Вход Результат полнитель процесса) ПриобретеИнициирование Решение о начале Техниконие (заказПодготовка заяработ по внедреэкономическое чик) вочных предложению ИС обоснование внений Результаты обдрения ИС Подготовка догоследования деяТехническое завора тельности заказдание на ИС Контроль деятельчика Договор на поности поставщика Результаты анаставку/ разработПриемка ИС лиза рынка ИС/ ку тендера Акты приемки План поставки/ этапов работы разработки Акт приемноКомплексный сдаточных испытест ИС таний Поставка (разработчик ИС) Инициирование Ответ на заявочные предложения Подготовка договора Планирование исполнения Поставка ИС Техническое задание на ИС Решение руководства об участии в разработке Результаты тендера Техническое задание на ИС План управления проектом Разработанная ИС и документация Решение об участии в разработке Коммерческие предложения/ конкурсная заявка Договор на поставку/ разработку План управления проектом Реализация/ корректировка Акт приемносдаточных испытаний 29 Разработка (разработчик ИС) Подготовка Анализ требований к ИС Проектирование архитектуры ИС Разработка требований к ПО Проектирование архитектуры ПО Детальное проектирование ПО Кодирование и тестирование ПО Интеграция ПО и квалификационное тестирование ПО Интеграция ИС и квалификационное тестирование ИС Техническое задание на ИС Техническое задание на ИС, модель ЖЦ Техническое задание на ИС Подсистемы ИС Спецификации требования к компонентам ПО Архитектура ПО Материалы детального проектирования ПО План интеграции ПО, тесты Архитектура ИС, ПО, документация на ИС, тесты Используемая модель ЖЦ, стандарты разработки План работ Состав подсистем, компоненты оборудования Спецификации требования к компонентам ПО Состав компонентов ПО, интерфейсы с БД, план интеграции ПО Проект БД, спецификации интерфейсов между компонентами ПО, требования к тестам Тексты модулей ПО, акты автономного тестирования Оценка соответствия комплекса ПО требованиям ТЗ Оценка соответствия ПО, БД, технического комплекса и комплекта документации требованиям ТЗ Позднее был разработан и в 2002 г. опубликован стандарт на процессы жизненного цикла систем (ISO/IEC 15288 System life cycle processes). К разработке стандарта были привлечены специалисты различных областей: системной инженерии, программирования, управления качеством, человеческими ресурсами, безопасностью и пр. Был учтен практический опыт создания систем в правительственных, коммерческих, военных и академических организациях. Стандарт применим для широкого класса систем, но его основное предназначение - поддержка создания компьютеризированных систем. Согласно стандарту ISO/IEC серии 15288 в структуру ЖЦ следует включать следующие группы процессов: 1. Договорные процессы: o приобретение (внутренние решения или решения внешнего поставщика); o поставка (внутренние решения или решения внешнего поставщика). 2. Процессы предприятия: o управление окружающей средой предприятия; o инвестиционное управление; 30 управление ЖЦ ИС; управление ресурсами; управление качеством. 3. Проектные процессы: o планирование проекта; o оценка проекта; o контроль проекта; o управление рисками; o управление конфигурацией; o управление информационными потоками; o принятие решений. 4. Технические процессы: o определение требований; o анализ требований; o разработка архитектуры; o внедрение; o интеграция; o верификация; o переход; o аттестация; o эксплуатация; o сопровождение; o утилизация. 5. Специальные процессы: o определение и установка взаимосвязей исходя из задач и целей. o o o Стадии создания системы, предусмотренные в стандарте ISO/IEC 15288, несколько отличаются от рассмотренных выше. Перечень стадий и основные результаты, которые должны быть достигнуты к моменту их завершения, приведены в таблице 2.2. № п/п 1 2 3 4 5 6 Таблица 2.2. Стадии создания систем (ISO/IEC 15288) Стадия Описание Формирование концепции Разработка Реализация Эксплуатация Поддержка Снятие с эксплуатации Анализ потребностей, выбор концепции и проектных решений Проектирование системы Изготовление системы Ввод в эксплуатацию и использование системы Обеспечение функционирования системы Прекращение использования, демонтаж, архивирование системы Выводы по разделу 2.4 Среди наиболее известных стандартов: MSF, RUP, XP и др. Каждый характеризуется определённым набором этапов, описываемых соответствующими стандартами. Теоретические вопросы по разделу 2.4 - Дайте характеристику MSF. - Дайте характеристику XP. - Дайте характеристику RUP. 31 - Дайте характеристику CDM. - Дайте характеристику ISO/IEC 12207:1995. - Перечислите основные этапы 12207. Выводы по теме 2 Жизненный цикл - некоторая последовательность стадий и выполняемых на них процессов. В настоящее время используются различные виды моделей жизненного цикла и на практике наиболее часто применяют каскадную и спиральную. Каскадная модель (рис. 2.1) предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе. Спиральная модель ЖЦ была предложена для преодоления перечисленных проблем. Каждый виток спирали соответствует созданию работоспособного фрагмента или версии системы. Таким образом углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который удовлетворяет действительным требованиям заказчика и доводится до реализации. Среди наиболее известных стандартов: MSF, RUP, XP и др. Каждый характеризуется определённым набором этапов, описываемых соответствующими стандартами. Теоретические вопросы по теме 2 - Что такое модель ЖЦ? - Дайте определение каскадной модели ЖЦ? - Дайте определение поэтапной модели с промежуточным контролем? - Дайте определение спиральной модели ЖЦ? - Нарисуйте схему ЖЦ каскадного типа. - Дайте определение каскадной модели ЖЦ. - Каковы положительные особенности каскадных моделей? - Каковы недостатки каскадных моделей? - Нарисуйте схему ЖЦ спирального типа. - Дайте определение спиральной модели ЖЦ. - Каковы положительные особенности спиральных моделей? - Каковы недостатки спиральных моделей? - Дайте характеристику MSF. - Дайте характеристику XP. - Дайте характеристику RUP. - Дайте характеристику CDM. - Дайте характеристику ISO/IEC 12207:1995. - Перечислите основные этапы 12207. 32 Лекция 3 Тема 3. Организация разработки ИС Каноническое проектирование ИС. Стадии и этапы процесса канонического проектирования ИС. Цели и задачи предпроектной стадии создания ИС. Модели деятельности организации ("как есть" и "как должно быть"). Состав работ на стадии технического и рабочего проектирования. Состав проектной документации. Типовое проектирование ИС. Понятие типового проекта, предпосылки типизации. Объекты типизации. Методы типового проектирования. Оценка эффективности использования типовых решений. Типовое проектное решение (ТПР). Классы и структура ТПР. Состав и содержание операций типового элементного проектирования ИС. Функциональные пакеты прикладных программ (ППП) как основа ТПР. Адаптация типовой ИС. Методы и средства прототипного проектирования ИС. Раздел 3.1. Каноническое проектирование ИС Организация канонического проектирования ИС ориентирована на использование главным образом каскадной модели жизненного цикла ИС. Стадии и этапы работы описаны в стандарте ГОСТ 34.601-90. В зависимости от сложности объекта автоматизации и набора задач, требующих решения при создании конкретной ИС, стадии и этапы работ могут иметь различную трудоемкость. Допускается объединять последовательные этапы и даже исключать некоторые из них на любой стадии проекта. Допускается также начинать выполнение работ следующей стадии до окончания предыдущей. Стадии и этапы создания ИС, выполняемые организациями-участниками, прописываются в договорах и технических заданиях на выполнение работ: Стадия 1. Формирование требований к ИС. На начальной стадии проектирования выделяют следующие этапы работ: обследование объекта и обоснование необходимости создания ИС; формирование требований пользователей к ИС; оформление отчета о выполненной работе и тактико-технического задания на разработку. Стадия 2. Разработка концепции ИС. изучение объекта автоматизации; проведение необходимых научно-исследовательских работ; разработка вариантов концепции ИС, удовлетворяющих требованиям пользователей; оформление отчета и утверждение концепции. Стадия 3. Техническое задание. разработка и утверждение технического задания на создание ИС. Стадия 4. Эскизный проект. разработка предварительных проектных решений по системе и ее частям; 33 разработка эскизной документации на ИС и ее части. Стадия 5. Технический проект. разработка проектных решений по системе и ее частям; разработка документации на ИС и ее части; разработка и оформление документации на поставку комплектующих изделий; разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта. Стадия 6. Рабочая документация. разработка рабочей документации на ИС и ее части; разработка и адаптация программ. Стадия 7. Ввод в действие. подготовка объекта автоматизации; подготовка персонала; комплектация ИС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями); строительно-монтажные работы; пусконаладочные работы; проведение предварительных испытаний; проведение опытной эксплуатации; проведение приемочных испытаний. Стадия 8. Сопровождение ИС. выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами; послегарантийное обслуживание. Обследование - это изучение и диагностический анализ организационной структуры предприятия, его деятельности и существующей системы обработки информации. Материалы, полученные в результате обследования, используются для: обоснования разработки и поэтапного внедрения систем; составления технического задания на разработку систем; разработки технического и рабочего проектов систем. На этапе обследования целесообразно выделить две составляющие: определение стратегии внедрения ИС и детальный анализ деятельности организации. Основная задача первого этапа обследования - оценка реального объема проекта, его целей и задач на основе выявленных функций и информационных элементов автоматизируемого объекта высокого уровня. Эти задачи могут быть реализованы или заказчиком ИС самостоятельно, или с привлечением консалтинговых организаций. Этап предполагает тесное взаимодействие с основными потенциальными пользователями системы и бизнес-экспертами. Основная задача взаимодействия - получить полное и однозначное понимание требований заказчика. Как правило, нужная информация может быть получена в результате интервью, бесед или семинаров с руководством, экспертами и пользователями. 34 По завершении этой стадии обследования появляется возможность определить вероятные технические подходы к созданию системы и оценить затраты на ее реализацию (затраты на аппаратное обеспечение, закупаемое программное обеспечение и разработку нового программного обеспечения ). Результатом этапа определения стратегии является документ (техникоэкономическое обоснование проекта), где четко сформулировано, что получит заказчик, если согласится финансировать проект, когда он получит готовый продукт (график выполнения работ) и сколько это будет стоить (для крупных проектов должен быть составлен график финансирования на разных этапах работ). В документе желательно отразить не только затраты, но и выгоду проекта, например время окупаемости проекта, ожидаемый экономический эффект (если его удается оценить). Ориентировочное содержание этого документа: ограничения, риски, критические факторы, которые могут повлиять на успешность проекта; совокупность условий, при которых предполагается эксплуатировать будущую систему: архитектура системы, аппаратные и программные ресурсы, условия функционирования, обслуживающий персонал и пользователи системы; сроки завершения отдельных этапов, форма приемки/сдачи работ, привлекаемые ресурсы, меры по защите информации; описание выполняемых системой функций; возможности развития системы; информационные объекты системы; интерфейсы и распределение функций между человеком и системой; требования к программным и информационным компонентам ПО, требования к СУБД; что не будет реализовано в рамках проекта. На этапе детального анализа деятельности организации изучаются задачи, обеспечивающие реализацию функций управления, организационная структура, штаты и содержание работ по управлению предприятием, а также характер подчиненности вышестоящим органам управления. На этом этапе должны быть выявлены: инструктивно-методические и директивные материалы, на основании которых определяются состав подсистем и перечень задач; возможности применения новых методов решения задач. Аналитики собирают и фиксируют информацию в двух взаимосвязанных формах: функции - информация о событиях и процессах, которые происходят в бизнесе; сущности - информация о вещах, имеющих значение для организации и о которых что-то известно. При изучении каждой функциональной задачи управления определяются: наименование задачи; сроки и периодичность ее решения; степень формализуемости задачи; источники информации, необходимые для решения задачи; показатели и их количественные характеристики; порядок корректировки информации; действующие алгоритмы расчета показателей и возможные методы контроля; действующие средства сбора, передачи и обработки информации; 35 действующие средства связи; принятая точность решения задачи; трудоемкость решения задачи; действующие формы представления исходных данных и результатов их обработки в виде документов; потребители результатной информации по задаче. Одной из наиболее трудоемких, хотя и хорошо формализуемых задач этого этапа является описание документооборота организации. При обследовании документооборота составляется схема маршрута движения документов, которая должна отразить: количество документов; место формирования показателей документа; взаимосвязь документов при их формировании; маршрут и длительность движения документа; место использования и хранения данного документа; внутренние и внешние информационные связи; объем документа в знаках. По результатам обследования устанавливается перечень задач управления, решение которых целесообразно автоматизировать, и очередность их разработки. На этапе обследования следует классифицировать планируемые функции системы по степени важности. Один из возможных форматов представления такой классификации - MuSCoW. Эта аббревиатура расшифровывается так: Must have - необходимые функции; Should have - желательные функции; Could have - возможные функции; Won't have - отсутствующие функции. Функции первой категории обеспечивают критичные для успешной работы системы возможности. Реализация функций второй и третьей категорий ограничивается временными и финансовыми рамками: разрабатывается то, что необходимо, а также максимально возможное в порядке приоритета число функций второй и третьей категорий. Последняя категория функций особенно важна, поскольку необходимо четко представлять границы проекта и набор функций, которые будут отсутствовать в системе. Модели деятельности организации создаются в двух видах: модель "как есть"("as-is")- отражает существующие в организации бизнеспроцессы; модель "как должно быть"("to-be") - отражает необходимые изменения бизнеспроцессов с учетом внедрения ИС. На этапе анализа необходимо привлекать к работе группы тестирования для решения следующих задач: получения сравнительных характеристик предполагаемых к использованию аппаратных платформ, операционных систем, СУБД, иного окружения; разработки плана работ по обеспечению надежности информационной системы и ее тестирования. Привлечение тестировщиков на ранних этапах разработки является целесообразным для любых проектов. Если проектное решение оказалось неудачным и это обнаружено слишком поздно (на этапе разработки или, что еще хуже, на этапе внедрения в эксплуа- 36 тацию), то исправление ошибки проектирования обходится очень дорого. Чем раньше группы тестирования выявляют ошибки в информационной системе, тем ниже стоимость сопровождения системы. Время на тестирование системы и на исправление обнаруженных ошибок следует предусматривать не только на этапе разработки, но и на этапе проектирования. Для автоматизации тестирования следует использовать системы отслеживания ошибок (bug tracking). Это позволяет иметь единое хранилище ошибок, отслеживать их повторное появление, контролировать скорость и эффективность исправления ошибок, видеть наиболее нестабильные компоненты системы, а также поддерживать связь между группой разработчиков и группой тестирования (уведомления об изменениях по e-mail и т.п.). Чем больше проект, тем сильнее потребность в bug tracking. Результаты обследования представляют объективную основу для формирования технического задания на информационную систему. Техническое задание - это документ, определяющий цели, требования и основные исходные данные, необходимые для разработки автоматизированной системы управления. При разработке технического задания необходимо решить следующие задачи: установить общую цель создания ИС, определить состав подсистем и функциональных задач; разработать и обосновать требования, предъявляемые к подсистемам; разработать и обосновать требования, предъявляемые к информационной базе, математическому и программному обеспечению, комплексу технических средств (включая средства связи и передачи данных); установить общие требования к проектируемой системе; определить перечень задач создания системы и исполнителей; определить этапы создания системы и сроки их выполнения; провести предварительный расчет затрат на создание системы и определить уровень экономической эффективности ее внедрения. Типовые требования к составу и содержанию технического задания приведены в таблице 3.1. № п\п 1 2 Таблица 3.1. Состав и содержание технического задания (ГОСТ 34.602- 89) Раздел Содержание Общие сведения полное наименование системы и ее условное обозначение шифр темы или шифр (номер) договора; наименование предприятий разработчика и заказчика системы, их реквизиты перечень документов, на основании которых создается ИС плановые сроки начала и окончания работ сведения об источниках и порядке финансирования работ порядок оформления и предъявления заказчику результатов работ по созданию системы, ее частей и отдельных средств Назначение и цели создания (развития) системы вид автоматизируемой деятельности перечень объектов, на которых предполагается использование системы наименования и требуемые значения технических, 37 технологических, производственно-экономических и др. показателей объекта, которые должны быть достигнуты при внедрении ИС 3 Характеристика объектов автоматизации 4 Требования к системе краткие сведения об объекте автоматизации сведения об условиях эксплуатации и характеристиках окружающей среды Требования к системе в целом: требования к структуре и функционированию системы (перечень подсистем, уровни иерархии, степень централизации, способы информационного обмена, режимы функционирования, взаимодействие со смежными системами, перспективы развития системы) требования к персоналу (численность пользователей, квалификация, режим работы, порядок подготовки) показатели назначения (степень приспособляемости системы к изменениям процессов управления и значений параметров) требования к надежности, безопасности, эргономике, транспортабельности, эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту, защите и сохранности информации, защите от внешних воздействий, к патентной чистоте, по стандартизации и унификации Требования к функциям (по подсистемам) : перечень подлежащих автоматизации задач временной регламент реализации каждой функции требования к качеству реализации каждой функции, к форме представления выходной информации, характеристики точности, достоверности выдачи результатов перечень и критерии отказов Требования к видам обеспечения: математическому (состав и область применения мат. моделей и методов, типовых и разрабатываемых алгоритмов) информационному (состав, структура и организация данных, обмен данными между компонентами системы, информационная совместимость со смежными системами, используемые классификаторы, СУБД, контроль данных и ведение информационных массивов, процедуры придания юридической силы выходным документам) лингвистическому (языки программирования, языки взаимодействия пользователей с системой, системы кодирования, языки ввода- вывода) программному (независимость программных средств от платформы, качество программных средств и способы его контроля, использование фондов алгоритмов и программ) 38 техническому метрологическому организационному (структура и функции эксплуатирующих подразделений, защита от ошибочных действий персонала) методическому (состав нормативно- технической документации 5 Состав и содержание работ по созданию системы перечень стадий и этапов работ сроки исполнения состав организаций — исполнителей работ вид и порядок экспертизы технической документации программа обеспечения надежности программа метрологического обеспечения 6 Порядок контроля и приемки системы виды, состав, объем и методы испытаний системы общие требования к приемке работ по стадиям статус приемной комиссии 7 Требования к составу и содержанию работ по подготовке объекта автоматизации к вводу системы в действие преобразование входной информации к машиночитаемому виду изменения в объекте автоматизации сроки и порядок комплектования и обучения персонала 8 Требования к документированию перечень подлежащих разработке документов перечень документов на машинных носителях 9 Источники разработки документы и информационные материалы, на основании которых разрабатывается ТЗ и система Эскизный проект предусматривает разработку предварительных проектных решений по системе и ее частям. Выполнение стадии эскизного проектирования не является строго обязательной. Если основные проектные решения определены ранее или достаточно очевидны для конкретной ИС и объекта автоматизации, то эта стадия может быть исключена из общей последовательности работ. Содержание эскизного проекта задается в ТЗ на систему. Как правило, на этапе эскизного проектирования определяются: функции ИС; функции подсистем, их цели и ожидаемый эффект от внедрения; состав комплексов задач и отдельных задач; концепция информационной базы и ее укрупненная структура; функции системы управления базой данных; состав вычислительной системы и других технических средств; функции и параметры основных программных средств. По результатам проделанной работы оформляется, согласовывается и утверждается документация в объеме, необходимом для описания полной совокупности принятых проектных решений и достаточном для дальнейшего выполнения работ по созданию системы. На основе технического задания (и эскизного проекта) разрабатывается технический проект ИС. Технический проект системы - это техническая документация, содержащая общесистемные проектные решения, алгоритмы решения задач, а также оценку экономической 39 эффективности автоматизированной системы управления и перечень мероприятий по подготовке объекта к внедрению. На этом этапе осуществляется комплекс научно-исследовательских и экспериментальных работ для выбора основных проектных решений и расчет экономической эффективности системы. Состав и содержание технического проекта приведены в таблице 3.2. № п\п 1 Раздел Таблица 3.2. Содержание технического проекта Содержание Пояснительная записка основания для разработки системы перечень организаций разработчиков краткая характеристика объекта с указанием основных технико-экономических показателей его функционирования и связей с другими объектами краткие сведения об основных проектных решениях по функциональной и обеспечивающим частям системы 2 Функциональная и организационная структура системы обоснование выделяемых подсистем, их перечень и назначение перечень задач, решаемых в каждой подсистеме, с краткой характеристикой их содержания схема информационных связей между подсистемами и между задачами в рамках каждой подсистемы 3 Постановка задач и алгоритмы решения организационно-экономическая сущность задачи (наименование, цель решения, краткое содержание, метод, периодичность и время решения задачи, способы сбора и передачи данных, связь задачи с другими задачами, характер использования результатов решения, в которых они используются) экономико-математическая модель задачи (структурная и развернутая форма представления) входная оперативная информация ( характеристика показателей, диапазон изменения, формы представления) нормативно-справочная информация ( НСИ) (содержание и формы представления) информация, хранимая для связи с другими задачами информация, накапливаемая для последующих решений данной задачи информация по внесению изменений ( система внесения изменений и перечень информации, подвергающейся изменениям) алгоритм решения задачи ( последовательность этапов расчета, схема, расчетные формулы) контрольный пример (набор заполненных данными форм входных документов, условные документы с накапливаемой и хранимой информацией, формы выходных документов, заполненные по результатам решения экономикотехнической задачи и в соответствии с разработанным алгоритмом расчета) 4 Организация информационной базы источники поступления информации и способы ее передачи совокупность показателей, используемых в системе состав документов, сроки и периодичность их поступления 40 основные проектные решения по организации фонда НСИ состав НСИ, включая перечень реквизитов, их определение, диапазон изменения и перечень документов НСИ перечень массивов НСИ, их объем, порядок и частота корректировки информации структура фонда НСИ с описанием связи между его элементами; требования к технологии создания и ведения фонда методы хранения, поиска, внесения изменений и контроля определение объемов и потоков информации НСИ контрольный пример по внесению изменений в НСИ предложения по унификации документации 5 6 Альбом форм документов Система математического обеспечения обоснование структуры математического обеспечения обоснование выбора системы программирования перечень стандартных программ 7 Принцип построения комплекса технических средств описание и обоснование схемы технологического процесса обработки данных обоснование и выбор структуры комплекса технических средств и его функциональных групп обоснование требований к разработке нестандартного оборудования комплекс мероприятий по обеспечению надежности функционирования технических средств 8 Расчет экономической эффективности системы сводная смета затрат, связанных с эксплуатацией систем расчет годовой экономической эффективности, источниками которой являются оптимизация производственной структуры хозяйства (объединения), снижение себестоимости продукции за счет рационального использования производственных ресурсов и уменьшения потерь, улучшения принимаемых управленческих решений 9 Мероприятия по подготовке объекта к внедрению системы перечень организационных мероприятий по совершенствованию бизнес-процессов перечень работ по внедрению системы, которые необходимо выполнить на стадии рабочего проектирования, с указанием сроков и ответственных лиц 10 Ведомость документов В завершение стадии технического проектирования производится разработка документации на поставку серийно выпускаемых изделий для комплектования ИС, а также определяются технические требования и составляются ТЗ на разработку изделий, не изготовляемых серийно. На стадии "рабочая документация" осуществляется создание программного продукта и разработка всей сопровождающей документации. Документация должна содержать все необходимые и достаточные сведения для обеспечения выполнения работ по вводу ИС в действие и ее эксплуатации, а также для поддержания уровня эксплуатационных характеристик (качества) системы. Разработанная документация должна быть соответствующим образом оформлена, согласована и утверждена. 41 Для ИС, которые являются разновидностью автоматизированных систем, устанавливают следующие основные виды испытаний: предварительные, опытная эксплуатация и приемочные. При необходимости допускается дополнительно проведение других видов испытаний системы и ее частей. В зависимости от взаимосвязей частей ИС и объекта автоматизации испытания могут быть автономные или комплексные. Автономные испытания охватывают части системы. Их проводят по мере готовности частей системы к сдаче в опытную эксплуатацию. Комплексные испытания проводят для групп взаимосвязанных частей или для системы в целом. Для планирования проведения всех видов испытаний разрабатывается документ "Программа и методика испытаний". Разработчик документа устанавливается в договоре или ТЗ. В качестве приложения в документ могут включаться тесты или контрольные примеры. Предварительные испытания проводят для определения работоспособности системы и решения вопроса о возможности ее приемки в опытную эксплуатацию. Предварительные испытания следует выполнять после проведения разработчиком отладки и тестирования поставляемых программных и технических средств системы и представления им соответствующих документов об их готовности к испытаниям, а также после ознакомления персонала ИС с эксплуатационной документацией. Опытную эксплуатацию системы проводят с целью определения фактических значений количественных и качественных характеристик системы и готовности персонала к работе в условиях ее функционирования, а также определения фактической эффективности и корректировки, при необходимости, документации. Приемочные испытания проводят для определения соответствия системы техническому заданию, оценки качества опытной эксплуатации и решения вопроса о возможности приемки системы в постоянную эксплуатацию. Выводы по разделу 3.1 Организация канонического проектирования ИС ориентирована на использование главным образом каскадной модели жизненного цикла ИС. Стадии и этапы работы описаны в стандарте ГОСТ 34.601-90. Стадии и этапы создания ИС, выполняемые организациями-участниками, прописываются в договорах и технических заданиях на выполнение работ Теоретические вопросы по разделу 3.1 - Перечислите стадии канонического проектирования. - Перечислите работы, выполняемые на этапах 1 - 4. - Перечислите работы, выполняемые на этапах 5-8. - Расскажите примерное содержание технико-экономического обоснования проекта. - Что такое MuSCoW? - Модели деятельности организации. Виды и характеристика. Раздел 3.2. Типовое проектирование ИС Типовое проектирование ИС предполагает создание системы из готовых типовых элементов. Основополагающим требованием для применения методов типового проектирования является возможность декомпозиции проектируемой ИС на множество составляющих компонентов (подсистем, комплексов задач, программных модулей и т.д.). Для реализации выделенных компонентов выбираются имеющиеся на рынке типовые проектные решения, которые настраиваются на особенности конкретного предприятия. 42 Типовое проектное решение (ТПР)- это тиражируемое (пригодное к многократному использованию) проектное решение. Принятая классификация ТПР основана на уровне декомпозиции системы. Выделяются следующие классы ТПР: элементные ТПР - типовые решения по задаче или по отдельному виду обеспечения задачи (информационному, программному, техническому, математическому, организационному); подсистемные ТПР - в качестве элементов типизации выступают отдельные подсистемы, разработанные с учетом функциональной полноты и минимизации внешних информационных связей; объектные ТПР - типовые отраслевые проекты, которые включают полный набор функциональных и обеспечивающих подсистем ИС. Каждое типовое решение предполагает наличие, кроме собственно функциональных элементов (программных или аппаратных), документации с детальным описанием ТПР и процедур настройки в соответствии с требованиями разрабатываемой системы. Основные особенности различных классов ТПР приведены в таблице 3.3. Класс ТПР Реализация ТПР Элементные ТПР Библиотеки методоориентированных программ Таблица 3.3. Достоинства и недостатки ТПР Достоинства Недостатки обеспечивается применение модульного подхода к проектированию и документированию ИС большие затраты времени на сопряжение разнородных элементов вследствие информационной, программной и технической несовместимости большие затраты времени на доработкуТПР отдельных элементов Подсистемные ТПР Пакеты прикладных программ достигается высокая степень интеграции элементов ИС позволяют осуществлять: модульное проектирование; параметрическую настройку программных компонентов на различные объекты управления обеспечивают: сокращение затрат на проектирование и программирование взаимосвязанных компонентов; хорошее документирование отображаемых процессов обработки информации адаптивность ТПР недостаточна с позиции непрерывного инжиниринга деловых процессов возникают проблемы в комплексировании разных функциональных подсистем, особенно в случае использования решений нескольких производителей программного обеспечения Объектные ТПР Отраслевые проекты ИС комплексирование всех компонентов ИС за счет методологического единства и информационной, программной и технической совместимости открытость архитектуры — позволяет устанавливатьТПР на проблемы привязки типового проекта к конкретному объекту управления, что вызывает в некоторых случаях даже необходимость изменения организационно-экономической 43 разных программнотехнических платформах масштабируемость — допускает конфигурацию ИС для переменного числа рабочих мест конфигурируемость — позволяет выбирать необходимое подмножество компонентов структуры объекта автоматизации Для реализации типового проектирования используются два подхода: параметрически-ориентированное и модельно-ориентированное проектирование. Параметрически-ориентированное проектирование включает следующие этапы: определение критериев оценки пригодности пакетов прикладных программ (ППП) для решения поставленных задач, анализ и оценка доступных ППП по сформулированным критериям, выбор и закупка наиболее подходящего пакета, настройка параметров (доработка) закупленного ППП. Критерии оценки ППП делятся на следующие группы: назначение и возможности пакета; отличительные признаки и свойства пакета; требования к техническим и программным средствам; документация пакета; факторы финансового порядка; особенности установки пакета; особенности эксплуатации пакета; помощь поставщика по внедрению и поддержанию пакета; оценка качества пакета и опыт его использования; перспективы развития пакета. Внутри каждой группы критериев выделяется некоторое подмножество частных показателей, детализирующих каждый из десяти выделенных аспектов анализа выбираемых ППП. Достаточно полный перечень показателей можно найти в литературе. Числовые значения показателей для конкретных ППП устанавливаются экспертами по выбранной шкале оценок (например, 10-балльной). На их основе формируются групповые оценки и комплексная оценка пакета (путем вычисления средневзвешенных значений). Нормированные взвешивающие коэффициенты также получаются экспертным путем. Модельно-ориентированное проектирование заключается в адаптации состава и характеристик типовой ИС в соответствии с моделью объекта автоматизации. Технология проектирования в этом случае должна обеспечивать единые средства для работы как с моделью типовой ИС, так и с моделью конкретного предприятия. Типовая ИС в специальной базе метаинформации - репозитории - содержит модель объекта автоматизации, на основе которой осуществляется конфигурирование программного обеспечения. Таким образом, модельно-ориентированное проектирование ИС предполагает, прежде всего, построение модели объекта автоматизации с использованием специального программного инструментария (например, SAP Business Engineering Workbench (BEW), BAAN Enterprise Modeler). Возможно также создание системы на базе типовой модели ИС из репозитория, который поставляется вместе с программным продуктом и расширяется по мере накопления опыта проектирования информационных систем для различных отраслей и типов производства. 44 Репозиторий содержит базовую (ссылочную) модель ИС, типовые (референтные) модели определенных классов ИС, модели конкретных ИС предприятий. Базовая модель ИС в репозитории содержит описание бизнес-функций, бизнеспроцессов, бизнес-объектов, бизнес-правил, организационной структуры, которые поддерживаются программными модулями типовой ИС. Типовые модели описывают конфигурации информационной системы для определенных отраслей или типов производства. Модель конкретного предприятия строится либо путем выбора фрагментов основной или типовой модели в соответствии со специфическими особенностями предприятия (BAAN Enterprise Modeler), либо путем автоматизированной адаптации этих моделей в результате экспертного опроса (SAP Business Engineering Workbench). Построенная модель предприятия в виде метаописания хранится в репозитории и при необходимости может быть откорректирована. На основе этой модели автоматически осуществляется конфигурирование и настройка информационной системы. Бизнес-правила определяют условия корректности совместного применения различных компонентов ИС и используются для поддержания целостности создаваемой системы. Модель бизнес-функций представляет собой иерархическую декомпозицию функциональной деятельности предприятия (подробное описание см. в разделе "Анализ и моделирование функциональной области внедрения ИС"). Модель бизнес-процессов отражает выполнение работ для функций самого нижнего уровня модели бизнес-функций (подробное описание см. в разделе "Спецификация функциональных требований к ИС"). Для отображения процессов используется модель управления событиями (ЕРС - Event-driven Process Chain). Именно модель бизнеспроцессов позволяет выполнить настройку программных модулей - приложений информационной системы в соответствии с характерными особенностями конкретного предприятия. Модели бизнес-объектов используются для интеграции приложений, поддерживающих исполнение различных бизнес-процессов. Модель организационной структуры предприятия представляет собой традиционную иерархическую структуру подчинения подразделений и персонала. Внедрение типовой информационной системы начинается с анализа требований к конкретной ИС, которые выявляются на основе результатов предпроектного обследования объекта автоматизации (см. раздел "Анализ и моделирование функциональной области внедрения ИС"). Для оценки соответствия этим требованиям программных продуктов может использоваться описанная выше методика оценки ППП. После выбора программного продукта на базе имеющихся в нем референтных моделей строится предварительная модель ИС, в которой отражаются все особенности реализации ИС для конкретного предприятия. Предварительная модель является основой для выбора типовой модели системы и определения перечня компонентов, которые будут реализованы с использованием других программных средств или потребуют разработки с помощью имеющихся в составе типовой ИС инструментальных средств (например, ABAP в SAP, Tools в BAAN). Реализация типового проекта предусматривает выполнение следующих операций: установку глобальных параметров системы; задание структуры объекта автоматизации; определение структуры основных данных; задание перечня реализуемых функций и процессов; описание интерфейсов; описание отчетов; настройку авторизации доступа; настройку системы архивирования. 45 Выводы по разделу 3.2 Типовое проектирование ИС предполагает создание системы из готовых типовых элементов. Основополагающим требованием для применения методов типового проектирования является возможность декомпозиции проектируемой ИС на множество составляющих компонентов Для реализации типового проектирования используются два подхода: параметрически-ориентированное и модельно-ориентированное проектирование. Модель конкретного предприятия строится либо путем выбора фрагментов основной или типовой модели в соответствии со специфическими особенностями предприятия, либо путем автоматизированной адаптации этих моделей в результате экспертного опроса. Теоретические вопросы по разделу 3.2 Что такое ТПР? Какие Вы знаете типы ТПР? Какие подходы используются для реализации ТПР? Какие существуют критерии оценки ППП? Что хранит репозиторий? Выполнение каких операций предусматривает реализация типового проекта? Выводы по теме 3 Организация канонического проектирования ИС ориентирована на использование главным образом каскадной модели жизненного цикла ИС. Стадии и этапы работы описаны в стандарте ГОСТ 34.601-90. Стадии и этапы создания ИС, выполняемые организациями-участниками, прописываются в договорах и технических заданиях на выполнение работ Типовое проектирование ИС предполагает создание системы из готовых типовых элементов. Основополагающим требованием для применения методов типового проектирования является возможность декомпозиции проектируемой ИС на множество составляющих компонентов Для реализации типового проектирования используются два подхода: параметрически-ориентированное и модельно-ориентированное проектирование. Модель конкретного предприятия строится либо путем выбора фрагментов основной или типовой модели в соответствии со специфическими особенностями предприятия, либо путем автоматизированной адаптации этих моделей в результате экспертного опроса. Теоретические вопросы по теме 3 Перечислите стадии канонического проектирования. Перечислите работы, выполняемые на этапах 1 - 4. Перечислите работы, выполняемые на этапах 5-8. Расскажите примерное содержание технико-экономического обоснования проекта. Что такое MuSCoW? Модели деятельности организации. Виды и характеристика. Что такое ТПР? Какие Вы знаете типы ТПР? Какие подходы используются для реализации ТПР? 46 Какие существуют критерии оценки ППП? Что хранит репозиторий? Выполнение каких операций предусматривает реализация типового проекта? 47 Лекция 4 Тема 4. Анализ и моделирование функциональной области внедрения ИС Основные понятия организационного бизнес-моделирования. Миссия компании, дерево целей и стратегии их достижения. Статическое описание компании: бизнес-потенциал компании, функционал компании, зоны ответственности менеджмента. Динамическое описание компании. Процессные потоковые модели. Модели структур данных. Полная бизнес-модель компании. Шаблоны организационного бизнес-моделирования. Построение организационно-функциональной структуры компании. Этапы разработки Положения об организационно-функциональной структуре компании. Информационные технологии организационного моделирования. Раздел 4.1. Полная бизнес-модель компании Практика выработала ряд подходов к проведению организационного анализа, но наибольшее распространение получил инжиниринговый подход. Организационный анализ компании при таком подходе проводится по определенной схеме с помощью полной бизнес-модели компании. Компания рассматривается как целевая, открытая, социальноэкономическая система, принадлежащая иерархической совокупности открытых внешних надсистем (рынок, государственные учреждения и пр.) и внутренних подсистем (отделы, цеха, бригады и пр.). Возможности компании определяются характеристиками ее структурных подразделений и организацией их взаимодействия. На рис. 4.1 представлена обобщенная схема организационного бизнес-моделирования. Построение бизнес-модели компании начинается с описания модели взаимодействия с внешней средой по закону единства и борьбы противоположностей, то есть с определения миссии компании. Рис. 4.1. Обобщенная схема организационного бизнес- моделирования Миссия согласно [ISO-15704] -это 48 1. деятельность, осуществляемая предприятием для того, чтобы выполнить функцию, для которой оно было учреждено, - предоставления заказчикам продукта или услуги. 2. Механизм, с помощью которого предприятие реализует свои цели и задачи. Миссия компании по удовлетворению социально-значимых потребностей рынка определяется как компромисс интересов рынка и компании. При этом миссия как атрибут открытой системы разрабатывается, с одной стороны, исходя из рыночной конъюнктуры и позиционирования компании относительно других участников внешней среды, а с другой - исходя из объективных возможностей компании и ее субъективных ценностей, ожиданий и принципов. Миссия является своеобразной мерой устремлений компании и, в частности, определяет рыночные претензии компании (предмет конкурентной борьбы). Определение миссии позволяет сформировать дерево целей компании - иерархические списки уточнения и детализации миссии. Рис. 4.2. Основные этапы процессно-целевого описания компании Дерево целей формирует дерево стратегий - иерархические списки уточнения и детализации способов достижения целей. При этом на корпоративном уровне разрабатываются стратегии роста, интеграции и инвестиции бизнесов. Блок бизнес-стратегий определяет продуктовые и конкурентные стратегии, а также стратегии сегментации и продвижения. Ресурсные стратегии определяют стратегии привлечения материальных, финансовых, человеческих и информационных ресурсов. Функциональные стратегии определяют стратегии в организации компонентов управления и этапов жизненного цикла продукции. Одновременно выясняется потребность и предмет партнерских отношений (субподряд, сервисные услуги, продвижение и пр.). Это позволяет обеспечить заказчикам необходимый продукт требуемого качества, в нужном количестве, в нужном месте, в нужное время и по приемлемой цене. При этом компания может занять в партнерской цепочке создаваемых ценностей оптимальное место, где ее возможности и потенциал будут использоваться наилучшим образом. Это дает возможность сформировать бизнес-потенциал компании набор видов коммерческой деятельности, направленный на удовлетворение потребностей конкретных сегментов рынка. Далее, исходя из специфики каналов сбыта, формируется первоначальное представление об организационной структуре (определяются центры коммерческой ответственности). Возникает понимание основных ресурсов, необходимых для воспроизводства товарной номенклатуры. Бизнес-потенциал, в свою очередь, определяет функционал компании - перечень бизнес-функций, функций менеджмента и функций обеспечения, требуемых для поддер- 49 жания на регулярной основе указанных видов коммерческой деятельности. Кроме того, уточняются необходимые для этого ресурсы (материальные, человеческие, информационные) и структура компании. Построение бизнес-потенциала и функционала компании позволяет с помощью матрицы проекций определить зоны ответственности менеджмента. Матрица проекций - модель, представленная в виде матрицы, задающей систему отношений между классификаторами в любой их комбинации. Матрица коммерческой ответственности закрепляет ответственность структурных подразделений за получение дохода в компании от реализации коммерческой деятельности. Ее дальнейшая детализация (путем выделения центров финансовой ответственности) обеспечивает построение финансовой модели компании, что, в свою очередь, позволяет внедрить систему бюджетного управления. Матрица функциональной ответственности закрепляет ответственность структурных звеньев (и отдельных специалистов) за выполнение бизнес-функций при реализации процессов коммерческой деятельности (закупка, производство, сбыт и пр.), а также функций менеджмента, связанных с управлением этими процессами (планирование, учет, контроль в области маркетинга, финансов, управления персоналом и пр.). Дальнейшая детализация матрицы (до уровня ответственности отдельных сотрудников) позволит получить функциональные обязанности персонала, что в совокупности с описанием прав, обязанностей, полномочий обеспечит разработку пакета должностных инструкций. Описание бизнес-потенциала, функционала и соответствующих матриц ответственности представляет собой статическое описание компании. При этом процессы, протекающие в компании пока в свернутом виде (как функции), идентифицируются, классифицируются и, что особенно важно, закрепляются за исполнителями (будущими хозяевами этих процессов). На этом этапе бизнес-моделирования формируется общепризнанный набор основополагающих внутрифирменных регламентов: базовое Положение об организационно-функциональной структуре компании; пакет Положений об отдельных видах деятельности (финансовой, маркетинговой и т.д.); пакет Положений о структурных подразделениях (цехах, отделах, секторах, группах и т.п.); должностные инструкции. Это вносит прозрачность в деятельность компании за счет четкого разграничения и документального закрепления зон ответственности менеджеров. Дальнейшее развитие (детализация) бизнес-модели происходит на этапе динамического описания компании на уровне процессных потоковых моделей. Процессные потоковые модели - это модели, описывающие процесс последовательного во времени преобразования материальных и информационных потоков компании в ходе реализации какойлибо бизнес-функции или функции менеджмента. Сначала (на верхнем уровне) описывается логика взаимодействия участников процесса, а затем (на нижнем уровне) - технология работы отдельных специалистов на своих рабочих местах. Завершается организационное бизнес-моделирование разработкой модели структур данных, которая определяет перечень и форматы документов, сопровождающих процессы в компании, а также задает форматы описания объектов внешней среды, компонентов и регламентов самой компании. При этом создается система справочников, на основании которых получают пакеты необходимых документов и отчетов. Такой подход позволяет описать деятельность компании с помощью универсального множества управленческих регистров (цели, стратегии, продукты, функции, организационные звенья и др.). 50 Управленческие регистры по своей структуре представляют собой иерархические классификаторы. Объединяя классификаторы в функциональные группы и закрепляя между собой элементы различных классификаторов с помощью матричных проекций, можно получить полную бизнес-модель компании. При этом происходит процессно-целевое описание компании, позволяющее получить взаимосвязанные ответы на следующие вопросы: зачем-что-где-кто-как-когда-комусколько (рис. 4.2). Следовательно полная бизнес-модель компании - это совокупность функционально ориентированных информационных моделей, обеспечивающая взаимосвязанные ответы на следующие вопросы: "зачем" - "что" - "где" - "кто" - "сколько" - "как" - "когда" - "кому" (рис. 4.3). Рис. 4.3. Полная бизнес-модель компании Таким образом, организационный анализ предполагает построение комплекса взаимосвязанных информационных моделей компании, который включает: Стратегическую модель целеполагания (отвечает на вопросы: зачем компания занимается именно этим бизнесом, почему предполагает быть конкурентоспособной, какие цели и стратегии для этого необходимо реализовать); Организационно-функциональную модель (отвечает на вопрос кто-что делает в компании и кто за что отвечает); Функционально-технологическую модель (отвечает на вопрос что-как реализуется в компании); Процессно-ролевую модель (отвечает на вопрос кто-что-как-кому); Количественную модель (отвечает на вопрос сколько необходимо ресурсов); Модель структуры данных (отвечает на вопрос в каком виде описываются регламенты компании и объекты внешнего окружения). Представленная совокупность моделей обеспечивает необходимую полноту и точность описания компании и позволяет вырабатывать понятные требования к проектируемой информационной системе. Выводы по разделу 4.1 51 Типовое проектирование ИС предполагает создание системы из готовых типовых элементов. Основополагающим требованием для применения методов типового проектирования является возможность декомпозиции проектируемой ИС на множество составляющих компонентов Для реализации типового проектирования используются два подхода: параметрически-ориентированное и модельно-ориентированное проектирование. Модель конкретного предприятия строится либо путем выбора фрагментов основной или типовой модели в соответствии со специфическими особенностями предприятия, либо путем автоматизированной адаптации этих моделей в результате экспертного опроса. Теоретические вопросы по разделу 4.1 С какой точки зрения рассматривается компания при инжиниринговом подходе? Что такое миссия компании? Что такое дерево целей, стратегий? Что такое бизнес-потенциал и функционал компании? Что такое матрица проекций? Чем завершается организационное бизнес-моделирование? Что такое управленческие регистры? Построение каких моделей предполагает организационный анализ? Раздел 4.2. Полная бизнес-модель компании Технология организационного бизнес-моделирования предполагает использование типовых шаблонных техник описания компании. Шаблон разработки миссии Как было сказано выше, любая компания с ее микро- и макроокружением представляет собой иерархию вложенных друг в друга открытых, субъектно-ориентированных систем. Компания, с одной стороны, является частью рынка, а с другой отстаивает в конкурентной борьбе собственные интересы. Миссия представляет собой результат позиционирования компании среди других участников рынка. Поэтому миссию компании нельзя описывать путем анализа ее внутреннего устройства. Для построения модели взаимодействия компании с внешней средой (определение миссии компании на рынке) необходимо: идентифицировать рынок (надсистему), частью которого является компания; определить свойства (потребности) рынка; определить предназначение (миссию) компании, исходя из ее роли на рынке. Кроме этого, миссия, как было сказано выше, это компромисс между потребностями рынка, с одной стороны, и возможностями и желанием компании удовлетворить эти интересы, с другой. Поиск компромисса может быть выполнен по шаблону, представленному на рис. 4.4. 52 Рис. 4.4. Шаблон разработки миссии (матрица проекций) При разработке модели миссии компании рекомендуется: 1. Описать базис конкурентоспособности компании - совокупность характеристик компании как социально-экономической системы. Например: o для объекта - уникальность освоенных технологий и исключительность имеющихся в компании ресурсов (финансовых, материальных, информационных и др.) o для субъекта - знания и умения персонала и опыт менеджеров. Это определяет уникальность ресурсов и навыков компании и формирует позицию "могу". 2. Выяснить конъюнктуру рынка, т.е. определить наличие платежеспособного спроса на предлагаемые товары или услуги и степень удовлетворения рынка конкурентами. Это позволяет понять потребности рынка и сформировать позицию "надо". 3. Выявить наличие способствующих и противодействующих факторов для выбранного вида деятельности со стороны государственных институтов в области политики и экономики. 4. Оценить перспективу развития технологии в выбранной сфере деятельности. 5. Оценить возможную поддержку или противодействие общественных организаций. 6. Сопоставить результаты вышеперечисленных действий с учетом правовых, моральных, этических и др. ограничений со стороны персонала и сформировать позицию "хочу". 7. Оценить уровень возможных затрат и доходов. 8. Оценить возможность достижения приемлемого для всех сторон компромисса и сформулировать Миссию компании в соответствии с шаблоном, приведенным на рис. 4.5. Рис. 4.5. Шаблон разработки миссии 53 Миссия в широком понимании представляет собой основную деловую концепцию компании, изложенную в виде восьми положений, определяющих взаимоотношения компании с другими субъектами: что получит Заказчик в части удовлетворения своих потребностей; кто, для чего и как может выступать в качестве партнера компании; на какой основе предполагается строить отношения с конкурентами (какова, в частности, готовность пойти на временные компромиссы); что получит собственник и акционеры от бизнеса; что получат от бизнеса компании менеджеры; что получит от компании персонал; в чем может заключаться сотрудничество с общественными организациями; как будут строиться отношения компании с государством (в частности, возможное участие в поддержке государственных программ). Шаблон формирования бизнесов В соответствии с разработанной Миссией компании определяются социально значимые потребности, на удовлетворение которых направлен бизнес компании. Разработка бизнес-потенциала компании может быть выполнена по Шаблону формирования бизнесов, представленному на рис. 4.6. Рис. 4.6. Шаблон формирования бизнесов В результате формируются базовый рынок и базовый продукт, детализация которых определяет предложения компании глазами покупателей (товарные группы) и однородные по отношению к продуктам компании группы покупателей (сегменты рынка). С помощью матричной проекции (рис. 4.7) устанавливается соответствие между сформированными товарными группами и сегментами рынка и определяется список бизнесов компании (на пересечении строк и столбцов находятся бизнесы компании). Рис. 4.7. Шаблон формирования бизнесов (матрица проекций) 54 Шаблон формирования функционала компании (основных бизнес-функций) На основании списка бизнесов, с помощью матричной проекции (рис. 4.8) формируется классификатор бизнес-функций компании. Рис. 4.8. Шаблон формирования основных бизнес-функций Для формирования основных функций менеджмента компании сначала разрабатываются и утверждаются два базовых классификатора - "Компоненты менеджмента" (перечень используемых на предприятии инструментов/контуров управления) и "Этапы управленческого цикла" (технологическая цепочка операций, последовательно реализуемых менеджерами при организации работ в любом контуре управления). Далее аналогично, с помощью матрицы проекций, формируется список основных функций менеджмента. На рис. 4.9 приведены примеры классификаторов, на основании которых построена матрица генератор основных функций менеджмента. Рис. 4.9. Шаблон формирования основных функций менеджмента Представленные матричные проекции (рис. 4.8, рис. 4.9)) позволяют формировать функции любой степени детализации путем более подробного описания как строк, так и столбцов матрицы. 55 Шаблон формирования зон ответственности за функционал компании Формирование зон ответственности за функционал компании выполняется с помощью матрицы организационных проекций (рис. 4.10). Матрица организационных проекций представляет собой таблицу, в строках которой расположен список исполнительных звеньев, в столбцах - список функций, выполняемых в компании. Для каждой функции определяется исполнительное звено, отвечающее за эту функцию. Заполнение такой таблицы позволяет по каждой функции найти исполняющие ее подразделения или сотрудника. Анализ заполненной таблицы позволяет увидеть "пробелы" как в исполнении функций, так и в загруженности сотрудников, а также рационально перераспределить все задачи между исполнителями и закрепить как систему в документе "Положение об организационной структуре". Положение об организационной структуре - это внутрифирменный документ, фиксирующий: продукты и услуги компании, функции, выполняемые в компании, исполнительные звенья, реализующие функции, распределение функций по звеньям. Таблица проекций функций на исполнительные звенья может иметь весьма большую размерность. В средних компаниях это, например, 500 единиц - 20 звеньев на 25 функций. В больших компаниях это может быть 5 000 единиц - 50 звеньев на 100 функций. Аналогично строится матрица коммерческой ответственности. Рис. 4.10. Шаблон распределения функций по организационным звеньям Шаблон потокового процессного описания Шаблон потокового процессного описания приведен на рис. 4.11. Такое описание дает представление о процессе последовательного преобразования ресурсов в продукты усилиями различных исполнителей на основании соответствующих регламентов. 56 Рис. 4.11. Потоковая процессная модель Методики построения процессных моделей будут приведены ниже. Выводы по разделу 4.2 Технология организационного бизнес-моделирования предполагает использование типовых шаблонных техник описания компании. Теоретические вопросы по разделу 4.2 Расскажите о шаблоне описания миссии. Расскажите о шаблоне формирования бизнесов. Расскажите о шаблоне формирования функционала компании. Расскажите о шаблоне формирования зон ответственности за функционал компании Расскажите о шаблоне потокового процессного описания Раздел 4.3. Построения организационно-функциональной модели компании Организационно-функциональная модель компании строится на основе функциональной схемы деятельности компании рис. 4.12. 57 Рис. 4.12. Функциональная схема компании На основании миссии формируются цели и стратегии компании. С их помощью определяется необходимый набор продуктов и, как следствие - требуемые ресурсы. Воспроизводство продукции происходит за счет переработки ресурсов в основном производственном цикле. Его компоненты формируют необходимые бизнес-функции для поставки ресурсов, производства продуктов и их распределения в места реализации. Для управления указанным процессом воспроизводства формируется совокупность компонентов менеджмента, которая порождает набор функций управления. Для поддержания процессов воспроизводства и управления формируются наборы соответствующих функций обеспечения (охраны, технического оснащения, профилактики и ремонта и пр.). Такой подход позволяет описать предприятие с помощью универсального множества управленческих регистров (цели, стратегии, продукты, функции, организационные звенья и пр.). Управленческие регистры представляют собой иерархические классификаторы. Объединяя классификаторы в функциональные группы и закрепляя между собой элементы различных классификаторов с помощью матричных проекций, можно получить модель организационной структуры компании. Для построения организационно-функциональной модели используется всего два типа элементарных моделей. Древовидные модели (классификаторы) - точные иерархические списки выделенных объектов управления (организационных звеньев, функций, ресурсов, в том числе исполнительных механизмов для бизнес-процессов, документов и их структуры, и т.п.). Каждый элемент классификатора может быть дополнительно охарактеризован рядом атрибутов: тип, шкала, комментарий и т.п. Фактически, классификаторы представляют собой набор управленческих регистров, содержащих, в основном, неколичественную информацию, совокупность которых задает систему координат для описания деятельности компании. Количество таких списков-классификаторов определяется целью построения модели. Матричные модели - это проекции, задающие систему отношений между классификаторами в любой их комбинации. Связи могут иметь дополнительные атрибуты (направление, название, индекс, шкала и вес). В начальной модели применяется всего несколько классификаторов предметной области: основные группы продуктов и услуг компании; ресурсы, потребляемые компанией в ходе своей деятельности; функции (процессы), поддерживаемые в компании; организационные звенья компании. 58 В классификаторе функций обычно выделяют три базовых раздела: основные функции - непосредственно связанные с процессом преобразования внешних ресурсов в продукцию и услуги предприятия; функции менеджмента - или функции управления предприятием; функции обеспечения - поддерживающие производственную, коммерческую и управленческую деятельность. Главной функцией компании является предоставление продуктов и услуг, поэтому сначала производится формальное описание, согласование и утверждение руководством предприятия перечня его бизнесов (направлений коммерческой деятельности), продукции и услуг. Из этого классификатора внешним контрагентам должно быть понятно, чем предприятие интересно рынку, а для внутренних целей - для чего нужен тот или иной функционал компании. В результате этих операций производится идентификация функционала и создается единая терминология описания функций предприятия, которая должна быть согласована всеми ведущими менеджерами. При составлении классификатора оргзвеньев важно, чтобы уровень детализации функций соответствовал уровню детализации звеньев. После формирования всех базовых классификаторов с помощью матричных проекций производится их закрепление за оргзвеньями предприятия: Процесс формирования матрицы проекций функций на оргзвенья на практике напоминает игру в крестики-нолики (рис. 4.10). По строчкам таблицы указываются подразделения, по столбцам - функции, составляющие содержание процесса управления или бизнес-процесса в данной компании. На пересечениях функций и подразделений, которые ответственны за выполнение функции, ставится крестик. Для проекций большой размерности используется механизм расстановки связей между двумя классификаторами, представленных списками. Стандартная практика построения моделей организационно-функциональной структуры компаний поддерживает два уровня детализации: 1. агрегированную модель; 2. детализированную модель. Агрегированная модель - модель организационной структуры, учетные регистры которой имеют ограничение по степени детализации до 2-3 уровней. Целью построения данной модели является предоставление информации об организационной структуре высшим руководителям компании для проведения стратегического анализа, анализа соответствия данной структуры стратегии и внешнему окружению компании. Модель может также предоставляться внешним пользователям (например, потенциальным инвесторам как иллюстрация к бизнес-плану, крупным клиентам и др.). Детализированная модель - модель организационной структуры, детализация учетных регистров которой производится на более глубоких уровнях, чем в агрегированной модели. Степень детализации в модели обусловлена конкретными потребностями компании (создание определенных организационных регламентов). Целью построения данной модели является предоставление информации о распределении функциональных обязанностей между подразделениями компании, а также об организации бизнес-процессов в компании. Построение детализированной модели позволяет создавать различные внутрифирменные регламенты: Положения об организационной структуре рис. 4.13. Ниже приведен пример описания фрагментов организационно-функциональной модели производственного предприятия рис. 4.14 и торгового предприятия рис. 4.15. При- 59 веденные матрицы проекций являются основой для выделения бизнес-процессов предприятия и их владельцев на последующих этапах создания ИС. Рис. 4.13. Схема создания Положения об организационно- функциональной структуре компании 60 Рис. 4.14. Распределение функций по подразделениям производственного предприятия 61 Рис. 4.15. Распределение функций по подразделениям торгового предприятия Функции подразделений производственного предприятия рассматриваются в рамках следующих функциональных областей: корпоративное управление; финансы; персонал; материальные ресурсы; заказы; производство; разработка продуктов; планирование; снабжение/закупки; качество; сбыт/продажи. Распределение функций по структурным подразделениям в разрезе отдельных функциональных областей деятельности по управлению производственным предприятием представлено на рис. 4.14. Функции подразделений торгового предприятия рассматриваются в рамках иных функциональных областей (см. рис. 4.15). Выводы по разделу 4.3 62 Организационно-функциональная модель компании строится на основе функциональной схемы деятельности компании. Для построения организационно-функциональной модели используется два типа элементарных моделей. Стандартная практика построения моделей организационно-функциональной структуры компаний поддерживает два уровня детализации. Теоретические вопросы по разделу 4.3 На основании чего строится организационно-функциональная модель компании? Сколько типов элементарных моделей используется для построения организационнофункциональной модели? Что такое древовидные модели? Сколько базовых разделов выделяют в классификаторе функций? Как называются уровни детализации? Раздел 4.4. Инструментальные средства организационного моделирования Применение современных технологий для организационного моделирования позволяет значительно ускорить организационное проектирование. В начале 1990-х годов на Западе появились первые программы для решения задач, связанных с организационными проблемами управления предприятием. Orgware - новый класс программ - был ориентирован на решение задач систематизации, хранения и обработки "неколичественной" информации об организации бизнеса, которые раньше не имели адекватной компьютерной поддержки. Первый российский продукт - БИГ-Мастер - был создан как компьютерный инструмент для поддержки определенной концепции управления предприятием, получившей название регулярного менеджмента. Главной задачей orgware был переход к строго документированным процедурам и регламентам деятельности. В основу компьютерной парадигмы регулярного менеджмента был положен следующий подход: "Надо создавать не систему взаимосвязанных документов, а систему взаимосвязанных информационных моделей предприятия, которые и будут порождать требуемые документы". Концептуальной основой БИГ-Мастера стал современный процессный подход к организации деятельности компании. На верхнем уровне система процессов обычно описывается деревом функций - для его обозначения часто используется термин функционал. Функции здесь рассматриваются в качестве "свернутых" процессов. Все процессыфункции, как минимум, должны быть определены (т.е. идентифицированы как вид деятельности, имеющий некую цель и результаты) и классифицированы по видам (основные, обеспечивающие, процессы управления). Также должны быть распределены ответственность и полномочия для управления процессами на регулярной основе. На этом уровне для описания компании в БИГ-Мастере применяются два типа моделей: древовидные модели (классификаторы) и матричные модели (проекции). На нижнем уровне выделенные ("ключевые") процессы могут быть описаны как технологическая последовательность операций (для получения требуемых результатов). Для этого применяются потоковые модели бизнес-процессов, назначение которых - описание горизонтальных отношений в организации, связывающих между собой описанные ранее объекты посредством информационных и материальных потоков. Для структурного анализа и проектирования процессов, описываемых потоковыми моделями, БИГ-Мастер поддерживает методологию SADT (IDEF). Наличие механизма матричных проекций позволяет определить и описать процессы компании как целостную взаимосвязанную систему. 63 За счет иерархической структуры классификаторов бизнес-модель одновременно содержит отношения "функция-исполнитель" всех степеней детализации, что позволяет с помощью встроенного генератора отчетов настраивать "разрешение" взгляда на компанию применительно к конкретной управленческой задаче. Система проекций позволяет отразить в отчете любые дополнительные свойства, относящиеся к данному объекту (например, квалификационные требования для персонала, задействованного в процессе). Кроме того, взгляд на компанию может быть связан с любой "координатой отсчета" - например, от документа или сотрудника - в каких процессах и как они участвуют и т.п. Классификаторы, проекции и потоковые модели бизнес-процессов поддерживаются различными способами их визуализации. Для классификаторов - в виде списков и деревьев (орграфов), для проекции - в виде связанных списков и транспонируемых матриц, а для потоковых моделей бизнес-процессов - в виде диаграмм IDEF0 (IDEF3) и текстового описания, что облегчает понимание задач участниками процессов. При этом конструирование самих потоковых моделей происходит в привычных табличных формах. В модели возможно формирование неограниченного количества новых классификаторов, проекций и потоковых моделей, а следовательно, отчетов и документов для описания и, что особенно важно, создания регламентов деятельности компании. Наличие в БИГ-Мастере нескольких инструментов моделирования является чрезвычайно полезным. Матричные модели поддерживают вертикальную интеграцию - подробное системно-целевое описание компании, выстроенное по иерархии управления и исполняемым функциям. В процессной модели преобладает функциональнотехнологический подход - горизонтальная интеграция бизнес-операций по процедурам. Все вышеперечисленные возможности БИГ-Мастера делают его удобным инструментальным средством организационного моделирования. Выводы по разделу 4.4 Применение современных технологий для организационного моделирования позволяет значительно ускорить организационное проектирование. Существует набор программных средств, которые автоматизируют процесс проектирования. Первой отечественной разработкой является программа БИГ-Мастер. Теоретические вопросы по разделу 4.4 Что такое orgware? Что является концептуальной основой БИГ-Мастера? Какие методики реализованы в БИГ-Мастере? Выводы по теме 4 Практика выработала ряд подходов к проведению организационного анализа, но наибольшее распространение получил инжиниринговый подход. Организационный анализ компании при таком подходе проводится по определенной схеме с помощью полной бизнес-модели компании. Организационный анализ предполагает построение комплекса взаимосвязанных информационных моделей компании Представленная совокупность моделей обеспечивает необходимую полноту и точность описания компании и позволяет вырабатывать понятные требования к проектируемой информационной системе. Технология организационного бизнес-моделирования предполагает использование типовых шаблонных техник описания компании. 64 Организационно-функциональная модель компании строится на основе функциональной схемы деятельности компании. Для построения организационно-функциональной модели используется два типа элементарных моделей. Стандартная практика построения моделей организационно-функциональной структуры компаний поддерживает два уровня детализации. Применение современных технологий для организационного моделирования позволяет значительно ускорить организационное проектирование. Существует набор программных средств, которые автоматизируют процесс проектирования. Первой отечественной разработкой является программа БИГ-Мастер. Теоретические вопросы по теме 4 С какой точки зрения рассматривается компания при инжиниринговом подходе? Что такое миссия компании? Что такое дерево целей, стратегий? Что такое бизнес-потенциал и функционал компании? Что такое матрица проекций? Чем завершается организационное бизнес-моделирование? Что такое управленческие регистры? Построение каких моделей предполагает организационный анализ? Расскажите о шаблоне описания миссии. Расскажите о шаблоне формирования бизнесов. Расскажите о шаблоне формирования функционала компании. Расскажите о шаблоне формирования зон ответственности за функционал компании Расскажите о шаблоне потокового процессного описания На основании чего строится организационно-функциональная модель компании? Сколько типов элементарных моделей используется для построения организационнофункциональной модели? Что такое древовидные модели? Сколько базовых разделов выделяют в классификаторе функций? Как называются уровни детализации? Что такое orgware? Что является концептуальной основой БИГ-Мастера? Какие методики реализованы в БИГ-Мастере? 65 Лекция 5 Тема 5. Спецификация функциональных требований к ИС Процессные потоковые модели. Процессный подход к организации деятельности организации. Связь концепции процессного подхода с концепцией матричной организации. Основные элементы процессного подхода: границы процесса, ключевые роли, дерево целей, дерево функций, дерево показателей. Выделение и классификация процессов. Основные процессы, процессы управления, процессы обеспечения. Референтные модели. Проведение предпроектного обследования организации. Анкетирование, интервьюирование, фотография рабочего времени персонала. Результаты предпроектного обследования. Раздел 5.1. Процессные потоковые модели Разработка требований к проектируемой ИС строится на основе статического и динамичного описания компании. Статическое описание компании, рассмотренное в лекции 4, проводится на уровне функциональных моделей и включает описание бизнеспотенциала, функционала и соответствующих матриц ответственности. Дальнейшее развитие (детализация) бизнес-модели происходит на этапе динамичного описания компании на уровне процессных потоковых моделей. Процессные потоковые модели — это модели, описывающие процесс последовательного во времени преобразования материальных и информационных потоков компании в ходе реализации какой-либо бизнес-функции или функции менеджмента. На верхнем уровне описывается логика взаимодействия участников процесса, на нижнем — технология работы отдельных специалистов на своих рабочих местах. Процессные потоковые модели отвечают на вопросы кто—что—как—кому (см. лекцию 4 рис. 4.3). Современное состояние экономики характеризуется переходом от традиционной функциональной модели деятельности компании, построенной на принципах разделения труда, узкой специализации и жестких иерархических структурах, к модели процессной, основанной на интеграции работ вокруг бизнес-процессов. Главными недостатками функционального подхода являются: разбиение технологий выполнения работы на отдельные фрагменты, иногда между собой несвязанные, которые выполняются различными структурными подразделениями; отсутствие целостного описания технологий выполнения работы; сложность увязывания простейших задач в технологию, производящую реальный товар или услугу; отсутствие ответственности за конечный результат; высокие затраты на согласование, налаживание взаимодействия, контроль и т. д.; отсутствие ориентации на клиента. Процессный подход предполагает смещение акцентов от управления отдельными структурными элементами на управление сквозными бизнес-процессами, связывающими деятельность всех структурных элементов. Каждый деловой процесс проходит через ряд подразделений, т. е. в его выполнении участвуют специалисты различных отделов компании. Чаще всего приходится сталкиваться с ситуацией, когда собственно процессами никто не управляет, а управляют лишь подразделениями. Более того, структура компаний строится без учета возможностей оптимизации деловых процессов, обеспечивающих необходимые функции. Процессный подход позволяет устранить фрагментарность в работе, организационные и информационные разрывы, дублирование, нерациональное использование финансовых, материальных и кадровых ресурсов. 66 Процессный подход к организации деятельности предприятия предполагает: широкое делегирование полномочий и ответственности исполнителям; сокращение уровней принятия решений; сочетание принципа целевого управления с групповой организацией труда; повышенное внимание к вопросам обеспечения качества; автоматизация технологий выполнения бизнес-процессов. Согласно стандарту "Основные Положения и Словарь — ИСО/ОПМС 9000:2000" (п. 2.4) понятие "Процессный подход" определяется как: "Любая деятельность, или комплекс деятельности, в которой используются ресурсы для преобразования входов в выходы, может рассматриваться как процесс. Чтобы результативно функционировать, организации должны определять и управлять многочисленными взаимосвязанными и взаимодействующими процессами. Часто выход одного процесса образует непосредственно вход следующего. Систематическая идентификация и менеджмент применяемых организацией процессов, и особенно взаимодействия таких процессов, могут считаться "процессным подходом". Основной принцип процессного подхода определяет структурирование бизнес– системы в соответствии с деятельностью и бизнес-процессами предприятия, а не в соответствии с его организационно-штатной структурой. Именно бизнес-процессы, обеспечивающие значимый для потребителя результат, представляют ценность и для специалистов, проектирующих ИС. Процессная модель компании должна строиться с учетом следующих положений: 1. Верхний уровень модели должен отражать только контекст диаграммы – взаимодействие моделируемого единственным контекстным процессом предприятия с внешним миром. 2. На втором уровне должны быть отражены тематически сгруппированные бизнеспроцессы предприятия и их взаимосвязи. 3. Каждая из деятельностей должна быть детализирована на бизнес-процессы. 4. Детализация бизнес-процессов осуществляется посредством бизнес-функций. 5. Описание элементарной бизнес–операции осуществляется с помощью миниспецфикации. Процессный подход требует комплексного изучения различных сторон жизни организации — правовых основ и правил деятельности, организационной структуры, функций и показателей результатов их исполнения, интерфейсов, ресурсного обеспечения, организационной культуры. В результате анализа создается модель деятельности "как есть". Обработка этой модели с помощью различных аналитических методов позволяет проверить, насколько деловые процессы рациональны, а также определить, является ли та или иная операция ориентированной на общественно значимый конечный результат или излишней бюрократической процедурой. В ходе анализа деловых процессов детально исследуются сферы ответственности подразделений ведомства, его руководителей и сотрудников. Это позволяет установить адреса владельцев деловых процессов, в результате чего процессы перестают быть бесхозными, создаются условия для разработки и внедрения систем стимулирования и ответственности за конечные результаты, определяются моменты и процедуры передачи ответственности. Анализ и оценка деловых процессов позволяют подойти к обоснованию стандартов их выполнения, допустимых рисков и диапазонов свободы принятия решений исполнителями, предельных нормативов затрат ресурсов на единицу эффекта. 67 Однако чисто "процессная компания" является скорее иллюстрацией правильной организации работ. В действительности все бизнес-процессы компании протекают в рамках организационной структуры предприятия, описывающей функциональные компетентности и отношения. Управление всей текущей деятельностью компании ведется по двум направлениям — управление функциональными областями, которые поддерживают множество унифицированных бизнес-процессов, разделенных на операции, и управление интегрированными бизнес-процессами, задачей которого является маршрутизация и координация унифицированных процессов для выполнения как оперативных заказов потребителей, так и глобальных проектов самой организации (рис. 5.1). Рис. 5.1. Схема управления деятельностью компании Фактически, основной задачей организационного проектирования является выбор оптимального соотношения между эффективностью использования ресурсов и эффективностью процессов. Жесткая специализация подразделений экономит ресурсы организации, но снижает качество реализации процессов. Создание "процессных" команд, включающих собственных специалистов по всем ключевым операциям, обходится достаточно дорого, но при этом значительно сокращается время и повышается точность выполнения процесса. Иногда организации могут позволить себе выбрать этот путь, особенно в тех случаях, когда создается высокая ценность процесса, за которую потребитель согласен платить. Но, как правило, ищется какой-то компромисс на основе процессно-матричных структур. Когда компания начинает ориентироваться на процессы, исключительно важной становится роль владельцев интегрированных межфункциональных процессов, касающихся многих функциональных областей. Кроме того, новая парадигма деятельности предприятия вызывает появление большого числа процессов управления, распределенных по всему предприятию, а не сосредоточенных в специализированных организационных единицах: это системы качества, бюджетирования, маркетинга и т.п. Поэтому постановка бюджетирования как организационной, а не только финансовой задачи предполагает делегирование полномочий, т.е. власти (с которой нелегко расстаются). На более низкие уровни делегируется ответственность за принятие финансовых решений: о заключении сделкидоговора, об оплате, о закупке, о скидках и отпуске в кредит и т.п. Это позволяет упростить связи между подразделениями и снизить количество уровней вертикального прохождения документов, т.е. является необходимым условием реализации классической схемы 68 реинжиниринга. Таким образом, процессная ориентация ведет к перестройке организационной структуры, делает организационную структуру компании более "плоской", что иллюстрирует тесную связь между "вертикальным" описанием организации (как структуры распределения ответственности, полномочий и взаимоотношений) и ее "горизонтальным" описанием, как системы процессов. Выводы по разделу 5.1 Разработка требований к проектируемой ИС строится на основе статического и динамичного описания компании. Процессные потоковые модели — это модели, описывающие процесс последовательного во времени преобразования материальных и информационных потоков компании в ходе реализации какой-либо бизнес-функции или функции менеджмента. Процессный подход предполагает смещение акцентов от управления отдельными структурными элементами на управление сквозными бизнес-процессами, связывающими деятельность всех структурных элементов. Чисто "процессная компания" является скорее иллюстрацией правильной организации работ. В действительности все бизнес-процессы компании протекают в рамках организационной структуры предприятия, описывающей функциональные компетентности и отношения. Теоретические вопросы по разделу 5.1 На основе чего строится разработка требований проектируемой ИС? Что такое процессные потоковые модели? На какие вопросы отвечают процессные потоковые модели? Главными недостатками функционального подхода являются… ? Согласно ISO 9000 процессный подход определяется как... ? Раздел 5.2. Основные элементы процессного подхода В рамках процессного подхода любое предприятие рассматривается как бизнессистема – система, которая представляет собой связанное множество бизнес-процессов, конечными целями которых является выпуск продукции или услуг. Под бизнес-процессом понимают совокупность различных видов деятельности, которые создают результат, имеющий ценность для потребителя. Бизнес-процесс – это цепочка работ (функций), результатом которой является какой-либо продукт или услуга. Каждый бизнес-процесс имеет свои границы (подробнее см. лекции 6, 7) и роли. В процессном подходе используются следующие ключевые роли: Владелец процесса – человек, отвечающий за ход и результаты процесса в целом. Он должен знать бизнес-процесс, следить за его выполнением и совершенствовать его эффективность. Владельцу бизнес-процесса необходимо обладать коммуникативностью, энтузиазмом, способностью влиять на людей и производить изменения. Лидер команды — работник, обладающий знаниями о бизнес-процессе и имеющий позитивные личные качества. Коммуникатор – работник, обучающий команду различным методам работы, подготавливающий совместно с лидером совещания и анализирующий их результат. Координатор процесса – работник, отвечающий за согласованную работу всех частей бизнеса и обеспечивающий связь с другими бизнес-процессами. Координатор должен обладать административными способностями и пониманием стратегических целей предприятия. 69 Участники команды – специалисты различных уровней иерархии. Участники команды получают поддержку и методическое обеспечение от консультанта и коммуникатора, вместе с лидером проводят моделирование, анализ и оценку бизнеспроцесса. Одним из основных элементов процессного подхода является команда. Существует несколько типов процессных команд: Ситуационная команда – обычно работает на постоянной основе и выполняет периодически повторяющуюся работу. Виртуальная команда – создается для разработки нового продукта или услуги. Ситуационный менеджер – высококвалифицированный специалист, способный самостоятельно выполнить до 90% объема работ. Важной задачей процессного подхода является формирование процессных команд. Подготовка и формирование команды включает: учебные курсы; практический тренинг по освоению методов, методик и др.; психологическое тестирование; тестирование рабочих навыков. Достижение определенной совокупности целей за счет выполнения бизнеспроцессов называется деревом целей. Дерево целей имеет, как правило, иерархический вид. Каждая цель имеет свой вес и критерий (количественный или качественный) достижимости. Бизнес-процессы реализуют бизнес-функции предприятия. Под бизнес-функцией понимают вид деятельности предприятия. Множество бизнес-функций представляет иерархическую декомпозицию функциональной деятельности и называется деревом функций. Бизнес-функции связаны с показателями деятельности предприятия, образующими дерево показателей. На основании показателей строится система показателей оценки эффективности выполнения процессов. Владельцы процессов контролируют свои бизнеспроцессы с помощью данной системы показателей. Наиболее общими показателями оценки эффективности бизнес-процессов являются: количество производимой продукции заданного качества за определенный интервал времени; количество потребляемой продукции; длительность выполнения типовых операций и др. Выводы по разделу 5.2 В рамках процессного подхода любое предприятие рассматривается как бизнессистема – система, которая представляет собой связанное множество бизнес-процессов, конечными целями которых является выпуск продукции или услуг. Одним из основных элементов процессного подхода является команда Теоретические вопросы по разделу 5.2 70 Что такое бизнес-система? Что такое бизнес-процесс? Перечислите ключевые роли процессного подхода. Какие типы процессных команд вы знаете? Назовите этапы подготовки и формирования команды. Что такое бизнес-функция? Назовите показатели эффективности бизнес-процессов. Раздел 5.3. Выделение и классификация процессов При процессном описании должны решаться, как минимум, две задачи: 1. Идентификация всей системы "функциональных областей" и процессов компании и их взаимосвязей. 2. Выделение "ключевых" интегрированных процессов и их описание на потоковом уровне. Каждая деятельность компании реализуется как процесс, который имеет своего потребителя: внешнего — клиента или внутреннего — сотрудников или подразделения компании, реализующих другие процессы. На стадии системного описания процессов и выявляется значимость каждого процесса — в том числе происходит очищение от малопонятной деятельности. На этом этапе выбираются ключевые процессы для потокового описания, которое необходимо, например, для создания информационной системы предприятия. Наиболее распространены следующие четыре вида бизнес-процессов: 1. Процессы, создающие наибольшую добавленную стоимость (экономическую стоимость, которая определяется издержками компании, относимыми на продукцию). 2. Процессы, создающие наибольшую ценность для клиентов (маркетинговую стоимость за счет дифференциации продукции). 3. Процессы с наиболее интенсивным межзвенным взаимодействием, создающие транзакционные издержки. 4. Процессы, определенные стандартами ИСО 9000, как обязательные к описанию при постановке системы менеджмента качества. Важнейшим шагом при структуризации любой компании является выделение и классификация бизнес-процессов. Целесообразно основываться на следующих классах процессов: основные; процессы управления; процессы обеспечения; сопутствующие; вспомогательные; процессы развития. Рассмотрим модель деятельности компании (рис. 5.2), при описании которой используют процессы управления, основные бизнес-процессы и процессы обеспечения. Основные бизнес-процессы — это процессы, ориентированные на производство товаров и услуг, представляющие ценность для клиента и обеспечивающие получение дохода. 71 Рис. 5.2. Упрощенная модель деятельности компании Основные процессы образуют "жизненный цикл" продукции компании. Критериями эффективности таких процессов являются обычно качество, точность и своевременность выполнения каждого заказа. Многие потребители рассматривают увеличение качества как нечто более важное, чем уменьшение цены. Искусный продавец может получить заказ на выполнение работ в условиях конкуренции с другими фирмами, однако только качество товара или услуги определяет в большей степени, повторит ли потребитель свой заказ у этого продавца еще раз. Таких процессов, при развитой деятельности компании, может быть много. Все они описываются по производственно-коммерческим цепочкам: "первичное взаимодействие с клиентом и определение его потребностей реализация запроса (заявки, заказа, контракта и т.п.) послепродажное сопровождение и мониторинг удовлетворения потребностей". Процесс "реализации (запроса клиента)" может быть декомпозирован на следующие подпроцессы — процессы более низкого уровня: разработка (проектирование) продукции; закупка (товаров, материалов, комплектующих изделий); транспортировка (закупленного); разгрузка, приемка на склад и хранение (закупленного); производство (со своим технологическим циклом и внутренней логистикой); приемка на склад и хранение (готовой продукции); отгрузка (консервация и упаковка, погрузка, доставка); пуско-наладка; оказание услуг (предусмотренных контрактом на поставку или имеющих самостоятельное значение) и т.п. Эти этапы цепочки также достаточно стандартны (например, в стандарте ИСО редакции 1994 г. приведены многие из этих процессов в качестве обязательных и подлежащих сертификации). Проверить, какие бизнес-цепочки существуют на предприятии, можно с помощью проекции каждого из выделенных "бизнесов, продукции и услуг" на вышеуказанный (стандартный) библиотечный классификатор жизненного или уже производственного цикла. Для оценки этапов работы с любым документом можно использовать также анализ "жизненного цикла документа", который может выглядеть следующим образом: предоставляет исходные данные; подготавливает, разрабатывает; заполняет; корректирует; оформляет; подписывает; контролирует соответствие установленным требованиям; визирует; 72 согласует; утверждает; акцентирует (принимает к сведению, использует); хранит; снимает копию. Здесь тоже может быть применена своя матрица-генератор, как средство проверки полноты, — идентификация цикла. Можно также воспользоваться референтными моделями деятельности аналогичных компаний — они могут сопоставляться с процессами конкурентов, лидеров отрасли, а также совершенствоваться. Процессы управления – это процессы, охватывающие весь комплекс функций управления на уровне каждого бизнес-процесса и бизнес-системы в целом. Процессы управления имеют своей целью выработку и принятие управленческого решения. Данные управленческие решения могут приниматься относительно всей организации в целом, отдельной функциональной области или отдельных процессов, например: стратегическое управление; организационное проектирование (структуризация); маркетинг; финансово-экономическое управление; логистика и организация процессов; менеджмент качества; персонал. Другая возможная систематизация функций управления связана с понятием управленческого цикла и базируется на пяти исходных функциях управления: планирование, организация, распорядительство, координация, контроль. Самая распространенная ошибка — это смешение этих принципов. Для реализации процессного описания исключительно важным является то, что любая управленческая деятельность развертывается по так называемому "управленческому циклу", который включает: сбор информации; выработку решения; реализацию; учет; контроль; анализ; регулирование. Например, наиболее часто встречающиеся варианты детализации: сбор информации; определение состава собираемой информации; определение форм отчетности. выработка решения; анализ альтернатив; подготовка вариантов решения; принятие решения; выработка критериев оценки; реализация; 73 планирование; организация; мотивация; координация; контроль исполнения учет результатов; сравнение по принятым критериям; анализ анализ дополнительной информации; диагностика возможных причин отклонений; регулирование регулирование на уровне реализации (возврат к п.3); регулирование на уровне выработки решения (возврат к п.1,2) Каждый из этих этапов имеет своих характерных для него исполнителей — управленцев, которых можно отнести к трем основным категориям: руководитель (ответственный за принятие и организацию выполнения решений); специалист-аналитик (ответственный за подготовку решения и анализ отклонений); технические исполнители (сбор информации, учет, коммуникации). Согласно некоторым подходам, в процессах управления выделяются два типа процессов, относящихся, соответственно, к двум типам менеджмента, условно обозначаемым как "менеджмент ресурсов" и "менеджмент организации", которые отличаются по объекту управления, базовым моделям и, что важно для описания процессов, — своими управленческими циклами. Тогда модель деятельности предприятия становится двухуровневой (рис .5.3) Рис. 5.3. Двухуровневая модель деятельности предприятия Из этой модели следует, что сами циклы ресурсного планирования нуждаются в регламентации — то есть ресурсное управление может осуществляться только по специально разработанным организационным регламентам. В основе цикла управления ресурсами лежит расчет или имитационное моделирование и контроль результатов: выбор (или получение от системы верхнего уровня) целевого критерия оценки качества решения; сбор информации о ресурсах предприятия или возможностях внешней среды; просчет вариантов (с различными предположениями о возможных значениях параметров); выбор оптимального варианта — принятие решения (= ресурсного плана); 74 учет результатов (и отчетность); сравнение с принятым критерием оценки ( = контроль результатов); анализ причин отклонений и регулирование (возврат к 1, 2 или 3). В основе цикла организационного менеджмента лежит структурное или процессное моделирование и процедурный контроль: определение состава задач (обособленных функций, операций); выбор исполнителей (- распределение зон и степени ответственности); проектирование процедур (последовательности и порядка исполнения); согласование и утверждение регламента исполнения (- процесса, плана мероприятий); отчетность об исполнении; контроль исполнения (- процедурный контроль); анализ причин отклонений и регулирование (возврат к 1, 2 или 3). Таким образом, на определенных шагах декомпозиции предприятию надо определить, какие стадии управленческого цикла реализуются по каждой из ранее выделенных задач управления. Это можно проверить с помощью матрицы-генератора, которая раскладывает компоненты менеджмента по этапам управленческого цикла. Процессы обеспечения – это процессы, предназначенные для жизнеобеспечения основных и сопутствующих процессов и ориентированные на поддержку их универсальных средств. Например, процесс финансового обеспечения, процесс обеспечения кадрами, процесс юридического обеспечения — это вторичные процессы. Они создают и поддерживают необходимые условия для выполнения основных функций и функций менеджмента. Клиенты обеспечивающих процессов находятся внутри компании. На верхнем уровне детализации можно выделить примерно следующие стандартные процессы обеспечения: обеспечение производства; техобслуживание и ремонт оборудования; обеспечение теплоэнергоресурсами; обслуживание и ремонт зданий и сооружений; технологическое обеспечение; метрологическое; техника безопасности; экологический контроль и т.п. обеспечение управления; информационное обеспечение; обеспечение документооборота; коммуникационное обеспечение; юридическое обеспечение; обеспечение безопасности; материально-техническое обеспечение управления; хозяйственное обеспечение; обеспечение коммунальными услугами; транспортное обслуживание и т.п. Для каждого из выделенных выше подпроцессов также следует определить, какой основной или управленческий процесс является потребителем этих "внутренних" услуг. Для этого существуют свои матрицы-генераторы. Их можно построить отдельно для основных процессов (рис. 5.4) и процессов управления (рис. 5.5). 75 Рис. 5.4. Упрощенная матрица-генератор обеспечивающих бизнес-функций Рис. 5.5. Матрица-генератор обеспечивающих бизнес-функций Разбиение данных процессов производится по индивидуальным технологическим цепочкам. Многие из обеспечивающих процессов стандартны для всех компаний или определенных видов деятельности: промышленность, торговля, предоставление услуг и т.п. Однако, как правило, данный класс функций в меньшей степени "подвергается" потоковому процессному описанию. Большинство из них достаточно хорошо регламентируются должностными и специальными инструкциями. Выводы по разделу 5.3 При процессном описании должны решаться минимум две задачи: идентификация функциональных областей и выделение ключевых процессов. Каждая деятельность компании реализуется как процесс, который имеет своего потребителя: внешнего — клиента или внутреннего — сотрудников или подразделения компании, реализующих другие процессы. Основные процессы образуют "жизненный цикл" продукции компании. Теоретические вопросы по разделу 5.3 Наиболее распространены следующие четыре вида бизнес-процессов… ? Классы бизнес-процессов… ? Основные процессы образуют … продукции компании. Что такое процессы управления? Управленческий цикл состоит из… ? Цикл управления ресурсами состоит из… ? Цикл организационного менеджмента состоит из… ? Что такое процессы обеспечения? Приведите примеры процессов обеспечения. 76 Раздел 5.4. Референтная модель бизнес-процесса В качестве основного каркаса, объединяющего и систематизирующего все знания по бизнес-модели, можно использовать референтную модель. Референтная модель — это модель эффективного бизнес-процесса, созданная для предприятия конкретной отрасли, внедренная на практике и предназначенная для использования при разработке/реорганизации бизнес-процессов на других предприятиях. По сути, референтные модели представляют собой эталонные схемы организации бизнеса, разработанные для конкретных бизнес-процессов на основе реального опыта внедрения в различных компаниях по всему миру. Они включают в себя проверенные на практике процедуры и методы организации управления. Референтные модели позволяют предприятиям начать разработку собственных моделей на базе уже готового набора функций и процессов. Референтная модель бизнес-процесса представляет собой совокупность логически взаимосвязанных функций. Для каждой функции указывается исполнитель, входные и выходные документы или информационные объекты. Элементы (функции и документы) референтной модели бизнес-процесса содержат ссылки на соответствующие объекты ИС, а также документы и другую информацию (пользовательские инструкции, ответственных разработчиков), расположенную в репозитарии проекта. Отсюда и название — референтная модель (в переводе с английского ссылочная модель). Раздел 5.5. Проведение предпроектного обследования предприятий Обследование предприятия является важным и определяющим этапом проектирования ИС. Длительность обследования обычно составляет 1-2 недели. В течение этого времени системный аналитик должен обследовать не более 2-3 видов деятельности (учет кадров, бухгалтерия, перевозки, маркетинг и др.). Сбор информации для построения полной бизнес-модели организации часто сводится к изучению документированных информационных потоков и функций подразделений, а также производится путем интервьюирования и анкетирования. К началу работ по обследованию организация обычно предоставляет комплект документов, в состав которого обычно входят: 1. Сводная информация о деятельности предприятия. 1. Информация об управленческой, финансово-экономической, производственной деятельности предприятия. 2. Сведения об учетной политике и отчетности. 2. Регулярный документооборот предприятия. 1. Реестр входящей информации. 2. Реестр внутренней информации. 3. Реестр исходящей информации. 3. Сведения об информационно–вычислительной инфраструктуре предприятия. 4. Сведения об ответственных лицах. (Наименование предприятия) № Наименование и назначение доку- Таблица 5.1. РЕЕСТР ВХОДЯЩЕЙ ИНФОРМАЦИИ (Наименование подразделения) Характеристики обработки документов Кто обрабатывает Откуда поступает Трудоемкость Периодичность, регламент Способ получения 77 мента Таблица 5.2. РЕЕСТР ВНУТРЕННЕЙ ИНФОРМАЦИИ (Наименование подразХарактеристики обработки документов деления) Кто обра- Кому пере- ТрудоемПериодичСпособ получения батывает дает кость ность, регламент Таблица 5.3. РЕЕСТР ИСХОДЯЩЕЙ ИНФОРМАЦИИ (Наименование (Наименование подразде- Характеристики обработки документов предприятия) ления) № Наименование и Кто обрабаКуда поТрудоемкость Периодичность, Способ назначение дотывает ступает регламент получения кумента (Наименование предприятия) № Наименование и назначение документа Списки вопросов для интервьюирования и анкетирования составляются по каждому обследуемому подразделению и утверждаются руководителем компании. Это делается с целью: предотвращения доступа к конфиденциальной информации; усиления целевой направленности обследования; минимизации отвлечения сотрудников предприятий от выполнения должностных обязанностей. Общий перечень вопросов (с их последующей детализацией) включает следующие пункты: основные задачи подразделений; собираемая и регистрируемая информация; отчетность; взаимодействие с другими подразделениями. Анкеты для руководителей и специалистов могут содержать следующие вопросы: Каковы (с позиций вашего подразделения) должны быть цели создания интегрированной системы управления предприятием? Организационная структура подразделения. Задачи подразделения. Последовательность действий при выполнении задач. С какими типами внешних организаций (банк, заказчик, поставщик и т.п.) взаимодействует подразделение и какой информацией обменивается? Каким справочным материалом вы пользуетесь? Сколько времени (в минутах) вы тратите на исполнение основных операций? На какие даты приходятся "пиковые нагрузки"? (периодичность в месяц, квартал, год и т.д.) Техническое оснащение подразделения (компьютеры, сеть, модем и т.п.). Используемые программные продукты для автоматизации бизнес-процессов. Какие отчеты и как часто вы готовите для руководства? Ключевые специалисты подразделения, способные ответить на любые вопросы по бизнес-процессам, применяемым в подразделении. Характеристики удаленных объектов управления. Документооборот на рабочем месте. 78 Собранные таким образом данные, как правило, не охватывают всех существенных сторон организационной деятельности и обладают высокой степенью субъективности. И самое главное, что такого рода обследования не выявляют устойчивых факторов, связанных со специфическими особенностями организации, воздействовать на которые можно исключительно методами функциональной настройки организационной системы. Анализ опросов руководителей обследуемых организаций и предприятий показывает, что их представления о структуре организации, общих и локальных целях функционирования, задачах и функциях подразделений, а также подчиненности работников иногда имеют противоречивый характер. Кроме того, эти представления подчас расходятся с официально декларируемыми целями и правилами или противоречат фактической деятельности. Если структуру информационных потоков можно выявить по образцам документов и конфигурациям компьютерных сетей и баз данных, то структура реальных микропроцессов, осуществляемых персоналом в информационных контактах (в значительной мере недокументированных) остается неизвестной. Ответы на эти вопросы может дать структурно-функциональная диагностика, основанная на методах сплошной (или выборочной) фотографии рабочего времени персонала. Цель диагностики — получение достоверного знания об организации и организационных отношениях ее функциональных элементов. В связи с этим к важнейшим задачам функциональной диагностики организационных структур относятся: классификация субъектов функционирования (категорий и групп работников); классификация элементов процесса функционирования (действий, процедур); классификация направлений (решаемых проблем), целей функционирования; классификация элементов информационных потоков; проведение обследования деятельности персонала организации; исследование распределения (по времени и частоте) организационных характеристик: процедур, контактов персонала, направлений деятельности, элементов информационных потоков — по отдельности и в комбинациях друг с другом по категориям работников, видам процедур и их направлениям (согласно результатам и логике исследований); выявление реальной структуры функциональных, информационных, иерархических, временных, проблемных отношений между руководителями, сотрудниками и подразделениями; установление структуры распределения рабочего времени руководителей и персонала относительно функций, проблем и целей организации; выявление основных технологий функционирования организации (информационных процессов, включая и недокументированные), их целеполагания в сравнении с декларируемыми целями организации; выявление однородных по специфике деятельности, целевой ориентации и реальной подчиненности групп работников, формирование реальной модели организационной структуры и сравнение ее с декларируемой; определение причин рассогласования декларируемой и реальной структуры организационных отношений. Сплошной "фотографией" рабочего времени называется непрерывное наблюдение и регистрация характеристик работников в процессе функционирования в течение всего рабочего дня. При этом индицируемые параметры последовательно вносятся в заранее заготовленную рабочую таблицу. Ниже представлена форма рабочей таблицы системного аналитика: 79 Сразу по окончании процедуры обследования таблица пополняется дополнительными характеристиками: технологическая ветвь, системная функция, предмет, аспект, эмоциональный фон и др. Часть показателей, те, что помечены звездочкой, заполняются в процессе обследования, остальные — после. Содержание записей следующее: номер (по порядку); агент (должность обследуемого работника); время, в течение которого выполнялась процедура; процедура (наименование содержания совокупности элементарных действий, объединенных общностью решаемой частной задачи); содержание (суть процедуры, которая должна быть классифицирована); информация (направление движения информации между агентом и контрагентом); инициатива (инициатор начала выполнения данной процедуры); контрагент (должность работника, который находится с обследуемым в контакте); отношение (отражающая субординацию агента и контрагента форма взаимодействия в данной процедуре); проблема (словесная характеристика решаемой проблемы). Выводы по разделу 5.5 Обследование предприятия является важным и определяющим этапом проектирования ИС. Сбор информации для построения полной бизнес-модели организации часто сводится к изучению документированных информационных потоков и функций подразделений, а также производится путем интервьюирования и анкетирования. Цель структурно-функциональной диагностики — получение достоверного знания об организации и организационных отношениях ее функциональных элементов. Сплошной "фотографией" рабочего времени называется непрерывное наблюдение и регистрация характеристик работников в процессе функционирования в течение всего рабочего дня. Теоретические вопросы по разделу 5.5 Длительность обследования составляет… ? Сколько видов деятельности должен обследовать аналитик за вышеуказанный период? Какой набор документов предоставляет организация к моменту начала работ по обследованию? Примерный перечень вопросов для интервьюирования? Примерный перечень вопросов при анкетировании? Цель структурно-функциональной диагностики? Задачи структурно-функциональной диагностики? Что такое сплошная фотография рабочего времени? 80 Раздел 5.6. Результаты предпроектного обследования Результатом предпроектного обследования является "Отчет обследовании предприятия", структура которого приведена ниже. об экспресс- 1. Краткое схематичное описание бизнес-процессов: o управление закупками и запасами; o управление производством; o управление продажами; o управление финансовыми ресурсами. 2. Основные требования и приоритеты автоматизации. 3. Оценка необходимых для обеспечения проекта ресурсов заказчика. 4. Оценка возможности автоматизации, предложения по созданию автоматизированной системы с оценкой примерных сроков и стоимости. Документы, входящие в отчет об обследовании, могут быть представлены в виде текстового описания или таблиц, примерная форма которых приведена ниже. № 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Б-П Наименование бизнес-процесса Продажи: сеть, опт План закупок Размещение заказа на производство Производство собственное Закупка сырья Платежи Другие Операции бизнес-процесса Операция Исполнитель Как часто Входящие документы (документы-основания) Исходящий документ (составляемый документ) Описание документов бизнес-процесса Составляемый документ (исходящий документ) Операция Кто составляет (исполнитель) Как часто Документы-основания (входящие документы) Проведение предпроектного обследования позволяет решить следующие задачи: предварительное выявление требований к будущей системе; определение структуры организации; определение перечня целевых функций организации; анализ распределения функций по подразделениям и сотрудникам; выявление функциональных взаимодействий между подразделениями, информационных потоков внутри подразделений и между ними, внешних информационных воздействий; анализ существующих средств автоматизации организации. Информация, полученная в результате предпроектного обследования, анализируется с помощью методов структурного и/или объектного анализа, о которых будет сказано ниже, и используется для построения моделей деятельности организации. Модель организации предполагает построение двух видов моделей: 81 модели "как есть", отражающей существующее на момент обследования положение дел в организации и позволяющей понять, каким образом функционирует данная организация, а также выявить узкие места и сформулировать предложения по улучшению; модели "как должно быть", отражающей представление о новых технологиях работы организации. Каждая из моделей включает в себя полную функциональную и информационную модель деятельности организации, а также модель, описывающую динамику поведения организации (в случае необходимости). Выводы по теме 5 Разработка требований к проектируемой ИС строится на основе статического и динамичного описания компании. Процессные потоковые модели — это модели, описывающие процесс последовательного во времени преобразования материальных и информационных потоков компании в ходе реализации какой-либо бизнес-функции или функции менеджмента. Процессный подход предполагает смещение акцентов от управления отдельными структурными элементами на управление сквозными бизнес-процессами, связывающими деятельность всех структурных элементов. Чисто "процессная компания" является скорее иллюстрацией правильной организации работ. В действительности все бизнес-процессы компании протекают в рамках организационной структуры предприятия, описывающей функциональные компетентности и отношения. В рамках процессного подхода любое предприятие рассматривается как бизнессистема – система, которая представляет собой связанное множество бизнес-процессов, конечными целями которых является выпуск продукции или услуг. Одним из основных элементов процессного подхода является команда. При процессном описании должны решаться минимум две задачи: идентификация функциональных областей и выделение ключевых процессов. Каждая деятельность компании реализуется как процесс, который имеет своего потребителя: внешнего — клиента или внутреннего — сотрудников или подразделения компании, реализующих другие процессы. Основные процессы образуют "жизненный цикл" продукции компании. Обследование предприятия является важным и определяющим этапом проектирования ИС. Сбор информации для построения полной бизнес-модели организации часто сводится к изучению документированных информационных потоков и функций подразделений, а также производится путем интервьюирования и анкетирования. Цель структурно-функциональной диагностики — получение достоверного знания об организации и организационных отношениях ее функциональных элементов. Сплошной "фотографией" рабочего времени называется непрерывное наблюдение и регистрация характеристик работников в процессе функционирования в течение всего рабочего дня. Теоретические вопросы по теме 5 На основе чего строится разработка требований проектируемой ИС? Что такое процессные потоковые модели? На какие вопросы отвечают процессные потоковые модели? Главными недостатками функционального подхода являются… ? Согласно ISO 9000 процессный подход определяется как... ? Что такое бизнес-система? 82 Что такое бизнес-процесс? Перечислите ключевые роли процессного подхода. Какие типы процессных команд вы знаете? Назовите этапы подготовки и формирования команды. Что такое бизнес-функция? Назовите показатели эффективности бизнес-процессов. Наиболее распространены следующие четыре вида бизнес-процессов… ? Классы бизнес-процессов… ? Основные процессы образуют … продукции компании. Что такое процессы управления? Управленческий цикл состоит из… ? Цикл управления ресурсами состоит из… ? Цикл организационного менеджмента состоит из… ? Что такое процессы обеспечения? Приведите примеры процессов обеспечения. Длительность обследования составляет… ? Сколько видов деятельности должен обследовать аналитик за вышеуказанный период? Какой набор документов предоставляет организация к моменту начала работ по обследованию? Примерный перечень вопросов для интервьюирования? Примерный перечень вопросов при анкетировании? Цель структурно-функциональной диагностики? Задачи структурно-функциональной диагностики? Что такое сплошная фотография рабочего времени? 83 Лекция 6 Тема 6. Методологии моделирования предметной области Методологии моделирования предметной области. Структурная модель предметной области. Объектная структура. Функциональная структура. Структура управления. Организационная структура. Функционально-ориентированные и объектноориентированные методологии описания предметной области. Функциональная методика IDEF. Функциональная методика потоков данных. Объектно-ориентированная методика. Сравнение существующих методик. Синтетическая методика. Раздел 6.1. Структурная модель предметной области В основе проектирования ИС лежит моделирование предметной области. Для того чтобы получить адекватный предметной области проект ИС в виде системы правильно работающих программ, необходимо иметь целостное, системное представление модели, которое отражает все аспекты функционирования будущей информационной системы. При этом под моделью предметной области понимается некоторая система, имитирующая структуру или функционирование исследуемой предметной области и отвечающая основному требованию – быть адекватной этой области. Предварительное моделирование предметной области позволяет сократить время и сроки проведения проектировочных работ и получить более эффективный и качественный проект. Без проведения моделирования предметной области велика вероятность допущения большого количества ошибок в решении стратегических вопросов, приводящих к экономическим потерям и высоким затратам на последующее перепроектирование системы. Вследствие этого все современные технологии проектирования ИС основываются на использовании методологии моделирования предметной области. К моделям предметных областей предъявляются следующие требования: формализация, обеспечивающая однозначное описание структуры предметной области; понятность для заказчиков и разработчиков на основе применения графических средств отображения модели; реализуемость, подразумевающая наличие средств физической реализации модели предметной области в ИС; обеспечение оценки эффективности реализации модели предметной области на основе определенных методов и вычисляемых показателей. Для реализации перечисленных требований, как правило, строится система моделей, которая отражает структурный и оценочный аспекты функционирования предметной области. Структурный аспект предполагает построение: объектной структуры, отражающей состав взаимодействующих в процессах материальных и информационных объектов предметной области; функциональной структуры, отражающей взаимосвязь функций (действий) по преобразованию объектов в процессах; структуры управления, отражающей события и бизнес-правила, которые воздействуют на выполнение процессов; организационной структуры, отражающей взаимодействие организационных единиц предприятия и персонала в процессах; 84 технической структуры, описывающей топологию расположения и способы коммуникации комплекса технических средств. Для отображения структурного аспекта моделей предметных областей в основном используются графические методы, которые должны гарантировать представление информации о компонентах системы. Главное требование к графическим методам документирования — простота. Графические методы должны обеспечивать возможность структурной декомпозиции спецификаций системы с максимальной степенью детализации и согласований описаний на смежных уровнях декомпозиции. С моделированием непосредственно связана проблема выбора языка представления проектных решений, позволяющего как можно больше привлекать будущих пользователей системы к ее разработке. Язык моделирования – это нотация, в основном графическая, которая используется для описания проектов. Нотация представляет собой совокупность графических объектов, используемых в модели. Нотация является синтаксисом языка моделирования. Язык моделирования, с одной стороны, должен делать решения проектировщиков понятными пользователю, с другой стороны, предоставлять проектировщикам средства достаточно формализованного и однозначного определения проектных решений, подлежащих реализации в виде программных комплексов, образующих целостную систему программного обеспечения. Графическое изображение нередко оказывается наиболее емкой формой представления информации. При этом проектировщики должны учитывать, что графические методы документирования не могут полностью обеспечить декомпозицию проектных решений от постановки задачи проектирования до реализации программ ЭВМ. Трудности возникают при переходе от этапа анализа системы к этапу проектирования и в особенности к программированию. Главный критерий адекватности структурной модели предметной области заключается в функциональной полноте разрабатываемой ИС. Оценочные аспекты моделирования предметной области связаны с разрабатываемыми показателями эффективности автоматизируемых процессов, к которым относятся: время решения задач; стоимостные затраты на обработку данных; надежность процессов; косвенные показатели эффективности, такие, как объемы производства, производительность труда, оборачиваемость капитала, рентабельность и т.д. Для расчета показателей эффективности, как правило, используются статические методы функционально-стоимостного анализа (ABC) и динамические методы имитационного моделирования. В основе различных методологий моделирования предметной области ИС лежат принципы последовательной детализации абстрактных категорий. Обычно модели строятся на трех уровнях: на внешнем уровне (определении требований), на концептуальном уровне (спецификации требований) и внутреннем уровне (реализации требований). Так, на внешнем уровне модель отвечает на вопрос, что должна делать система, то есть определяется состав основных компонентов системы: объектов, функций, событий, организационных единиц, технических средств. На концептуальном уровне модель отвечает на вопрос, как должна функционировать система? Иначе говоря, определяется характер взаимодействия компонентов системы одного и разных типов. На внутреннем уровне модель отвечает на вопрос: с помощью каких программно-технических средств реализуются требования к системе? С позиции жизненного цикла ИС описанные уровни моделей соответственно строятся на этапах анализа требований, логического (технического) и физического (рабочего) проектирования. Рассмотрим особенности построения моделей предметной области на трех уровнях детализации. 85 Объектная структура Объект — это сущность, которая используется при выполнении некоторой функции или операции (преобразования, обработки, формирования и т.д.). Объекты могут иметь динамическую или статическую природу: динамические объекты используются в одном цикле воспроизводства, например заказы на продукцию, счета на оплату, платежи; статические объекты используются во многих циклах воспроизводства, например, оборудование, персонал, запасы материалов. На внешнем уровне детализации модели выделяются основные виды материальных объектов (например, сырье и материалы, полуфабрикаты, готовые изделия, услуги) и основные виды информационных объектов или документов (например, заказы, накладные, счета и т.д.). На концептуальном уровне построения модели предметной области уточняется состав классов объектов, определяются их атрибуты и взаимосвязи. Таким образом строится обобщенное представление структуры предметной области. Далее концептуальная модель на внутреннем уровне отображается в виде файлов базы данных, входных и выходных документов ЭИС. Причем динамические объекты представляются единицами переменной информации или документами, а статические объекты — единицами условно-постоянной информации в виде списков, номенклатур, ценников, справочников, классификаторов. Модель базы данных как постоянно поддерживаемого информационного ресурса отображает хранение условно-постоянной и накапливаемой переменной информации, используемой в повторяющихся информационных процессах. Функциональная структура Функция (операция) представляет собой некоторый преобразователь входных объектов в выходные. Последовательность взаимосвязанных по входам и выходам функций составляет бизнес-процесс. Функция бизнес-процесса может порождать объекты любой природы (материальные, денежные, информационные). Причем бизнес-процессы и информационные процессы, как правило, неразрывны, то есть функции материального процесса не могут осуществляться без информационной поддержки. Например, отгрузка готовой продукции осуществляется на основе документа "Заказ", который, в свою очередь, порождает документ "Накладная", сопровождающий партию отгруженного товара. Функция может быть представлена одним действием или некоторой совокупностью действий. В последнем случае каждой функции может соответствовать некоторый процесс, в котором могут существовать свои подпроцессы, и т.д., пока каждая из подфункций не будет представлять некоторую недекомпозируемую последовательность действий. На внешнем уровне моделирования определяется список основных бизнесфункций или видов бизнес-процессов. Обычно таких функций насчитывается 15–20. На концептуальном уровне выделенные функции декомпозируются и строятся иерархии взаимосвязанных функций. На внутреннем уровне отображается структура информационного процесса в компьютере: определяются иерархические структуры программных модулей, реализующих автоматизируемые функции. Структура управления В совокупности функций бизнес-процесса возможны альтернативные или циклические последовательности в зависимости от различных условий протекания процесса. Эти условия связаны с происходящими событиями во внешней среде или в самих процессах и с образованием определенных состояний объектов (например, заказ принят, отвергнут, 86 отправлен на корректировку). События вызывают выполнение функций, которые, в свою очередь, изменяют состояния объектов и формируют новые события, и т.д., пока не будет завершен некоторый бизнес-процесс. Тогда последовательность событий составляет конкретную реализацию бизнес-процесса. Каждое событие описывается с двух точек зрения: информационной и процедурной. Информационно событие отражается в виде некоторого сообщения, фиксирующего факт выполнения некоторой функции изменения состояния или появления нового. Процедурно событие вызывает выполнение новой функции, и поэтому для каждого состояния объекта должны быть заданы описания этих вызовов. Таким образом, события выступают в связующей роли для выполнения функций бизнес-процессов. На внешнем уровне определяются список внешних событий, вызываемых взаимодействием предприятия с внешней средой (платежи налогов, процентов по кредитам, поставки по контрактам и т.д.), и список целевых установок, которым должны соответствовать бизнес-процессы (регламент выполнения процессов, поддержка уровня материальных запасов, уровень качества продукции и т.д.). На концептуальном уровне устанавливаются бизнес-правила, определяющие условия вызова функций при возникновении событий и достижении состояний объектов. На внутреннем уровне выполняется формализация бизнес-правил в виде триггеров или вызовов программных модулей. Организационная структура Организационная структура представляет собой совокупность организационных единиц, как правило, связанных иерархическими и процессными отношениями. Организационная единица — это подразделение, представляющее собой объединение людей (персонала) для выполнения совокупности общих функций или бизнес-процессов. В функционально-ориентированной организационной структуре организационная единица выполняет набор функций, относящихся к одной функции управления и входящих в различные процессы. В процессно-ориентированной структуре организационная единица выполняет набор функций, входящих в один тип процесса и относящихся к разным функциям управления. На внешнем уровне строится структурная модель предприятия в виде иерархии подчинения организационных единиц или списков взаимодействующих подразделений. На концептуальном уровне для каждого подразделения задается организационноштатная структура должностей (ролей персонала). На внутреннем уровне определяются требования к правам доступа персонала к автоматизируемым функциям информационной системы. Техническая структура Топология определяет территориальное размещение технических средств по структурным подразделениям предприятия, а коммуникация — технический способ реализации взаимодействия структурных подразделений. На внешнем уровне модели определяются типы технических средств обработки данных и их размещение по структурным подразделениям. На концептуальном уровне определяется способы коммуникаций между техническими комплексами структурных подразделений: физическое перемещение документов, машинных носителей, обмен информацией по каналам связи и т.д. На внутреннем уровне строится модель "клиент-серверной" архитектуры вычислительной сети. Описанные модели предметной области нацелены на проектирование отдельных компонентов ИС: данных, функциональных программных модулей, управляющих про- 87 граммных модулей, программных модулей интерфейсов пользователей, структуры технического комплекса. Для более качественного проектирования указанных компонентов требуется построение моделей, увязывающих различные компоненты ИС между собой. В простейшем случае в качестве таких моделей взаимодействия могут использоваться матрицы перекрестных ссылок: "объекты-функции", "функции-события", "организационные единицы — функции", "организационные единицы — объекты", "организационные единицы — технические средства" и т д. Такие матрицы не наглядны и не отражают особенности реализации взаимодействий. Для правильного отображения взаимодействий компонентов ИС важно осуществлять совместное моделирование таких компонентов, особенно с содержательной точки зрения объектов и функций. Методология структурного системного анализа существенно помогает в решении таких задач. Структурным анализом принято называть метод исследования системы, которое начинается с ее общего обзора, а затем детализируется, приобретая иерархическую структуру с все большим числом уровней. Для таких методов характерно: разбиение на уровни абстракции с ограниченным числом элементов (от 3 до 7); ограниченный контекст, включающий только существенные детали каждого уровня; использование строгих формальных правил записи; последовательное приближение к результату. Структурный анализ основан на двух базовых принципах – "разделяй и властвуй" и принципе иерархической упорядоченности. Решение трудных проблем путем их разбиения на множество меньших независимых задач (так называемых "черных ящиков") и организация этих задач в древовидные иерархические структуры значительно повышают понимание сложных систем. Определим ключевые понятия структурного анализа. Операция – элементарное (неделимое) действие, выполняемое на одном рабочем месте. Функция – совокупность операций, сгруппированных по определенному признаку. Бизнес-процесс — связанная совокупность функций, в ходе выполнения которой потребляются определенные ресурсы и создается продукт (предмет, услуга, научное открытие, идея), представляющая ценность для потребителя. Подпроцесс – это бизнес-процесс, являющийся структурным элементом некоторого бизнес-процесса и представляющий ценность для потребителя. Бизнес-модель – структурированное графическое описание сети процессов и операций, связанных с данными, документами, организационными единицами и прочими объектами, отражающими существующую или предполагаемую деятельность предприятия. Существуют различные методологии структурного моделирования предметной области, среди которых следует выделить функционально-ориентированные и объектноориентированные методологии. Выводы по разделу 6.1 В основе проектирования ИС лежит моделирование предметной области. Предварительное моделирование предметной области позволяет сократить время и сроки проведения проектировочных работ и получить более эффективный и качественный проект. Для отображения структурного аспекта моделей предметных областей в основном используются графические методы, которые должны гарантировать представление информации о компонентах системы. Главное требование к графическим методам документирования — простота. Теоретические вопросы по разделу 6.1 88 Что лежит в основе проектирования ИС? Какие требования предъявляют к моделям предметных областей? Какие аспекты отражает система моделей? Главный критерий адекватности структурной модели… ? Как расшифровывается аббревиатура ABC? Раздел 6.2. Функционально-ориентированные и объектно-ориентированные методологии описания предметной области Процесс бизнес-моделирования может быть реализован в рамках различных методик, отличающихся прежде всего своим подходом к тому, что представляет собой моделируемая организация. В соответствии с различными представлениями об организации методики принято делить на объектные и функциональные (структурные). Объектные методики рассматривают моделируемую организацию как набор взаимодействующих объектов – производственных единиц. Объект определяется как осязаемая реальность – предмет или явление, имеющие четко определяемое поведение. Целью применения данной методики является выделение объектов, составляющих организацию, и распределение между ними ответственностей за выполняемые действия. Функциональные методики, наиболее известной из которых является методика IDEF, рассматривают организацию как набор функций, преобразующий поступающий поток информации в выходной поток. Процесс преобразования информации потребляет определенные ресурсы. Основное отличие от объектной методики заключается в четком отделении функций (методов обработки данных) от самих данных. С точки зрения бизнес-моделирования каждый из представленных подходов обладает своими преимуществами. Объектный подход позволяет построить более устойчивую к изменениям систему, лучше соответствует существующим структурам организации. Функциональное моделирование хорошо показывает себя в тех случаях, когда организационная структура находится в процессе изменения или вообще слабо оформлена. Подход от выполняемых функций интуитивно лучше понимается исполнителями при получении от них информации об их текущей работе. Функциональная методика IDEF0 Методологию IDEF0 можно считать следующим этапом развития хорошо известного графического языка описания функциональных систем SADT (Structured Analysis and Design Teqnique). Исторически IDEF0 как стандарт был разработан в 1981 году в рамках обширной программы автоматизации промышленных предприятий, которая носила обозначение ICAM (Integrated Computer Aided Manufacturing). Семейство стандартов IDEF унаследовало свое обозначение от названия этой программы (IDEF=Icam DEFinition), и последняя его редакция была выпущена в декабре 1993 года Национальным Институтом по Стандартам и Технологиям США (NIST). Целью методики является построение функциональной схемы исследуемой системы, описывающей все необходимые процессы с точностью, достаточной для однозначного моделирования деятельности системы. В основе методологии лежат четыре основных понятия: функциональный блок, интерфейсная дуга, декомпозиция, глоссарий. Функциональный блок (Activity Box) представляет собой некоторую конкретную функцию в рамках рассматриваемой системы. По требованиям стандарта название каждого функционального блока должно быть сформулировано в глагольном наклонении (например, "производить услуги"). На диаграмме функциональный блок изображается пря- 89 моугольником (рис. 6.1). Каждая из четырех сторон функционального блока имеет свое определенное значение (роль), при этом: верхняя сторона имеет значение "Управление" (Control); левая сторона имеет значение "Вход" (Input); правая сторона имеет значение "Выход" (Output); нижняя сторона имеет значение "Механизм" (Mechanism). Рис. 6.1. Функциональный блок Интерфейсная дуга (Arrow) отображает элемент системы, который обрабатывается функциональным блоком или оказывает иное влияние на функцию, представленную данным функциональным блоком. Интерфейсные дуги часто называют потоками или стрелками. С помощью интерфейсных дуг отображают различные объекты, в той или иной степени определяющие процессы, происходящие в системе. Такими объектами могут быть элементы реального мира (детали, вагоны, сотрудники и т.д.) или потоки данных и информации (документы, данные, инструкции и т.д.). В зависимости от того, к какой из сторон функционального блока подходит данная интерфейсная дуга, она носит название "входящей", "исходящей" или "управляющей". Необходимо отметить, что любой функциональный блок по требованиям стандарта должен иметь, по крайней мере, одну управляющую интерфейсную дугу и одну исходящую. Это и понятно – каждый процесс должен происходить по каким-то правилам (отображаемым управляющей дугой) и должен выдавать некоторый результат (выходящая дуга), иначе его рассмотрение не имеет никакого смысла. Обязательное наличие управляющих интерфейсных дуг является одним из главных отличий стандарта IDEF0 от других методологий классов DFD (Data Flow Diagram) и WFD (Work Flow Diagram). Декомпозиция (Decomposition) является основным понятием стандарта IDEF0. Принцип декомпозиции применяется при разбиении сложного процесса на составляющие его функции. При этом уровень детализации процесса определяется непосредственно разработчиком модели. Декомпозиция позволяет постепенно и структурированно представлять модель системы в виде иерархической структуры отдельных диаграмм, что делает ее менее перегруженной и легко усваиваемой. Последним из понятий IDEF0 является глоссарий (Glossary). Для каждого из элементов IDEF0 — диаграмм, функциональных блоков, интерфейсных дуг — существующий стандарт подразумевает создание и поддержание набора соответствующих определений, ключевых слов, повествовательных изложений и т.д., которые характеризуют объект, отображенный данным элементом. Этот набор называется глоссарием и является описанием сущности данного элемента. Глоссарий гармонично дополняет наглядный графический язык, снабжая диаграммы необходимой дополнительной информацией. 90 Модель IDEF0 всегда начинается с представления системы как единого целого – одного функционального блока с интерфейсными дугами, простирающимися за пределы рассматриваемой области. Такая диаграмма с одним функциональным блоком называется контекстной диаграммой. В пояснительном тексте к контекстной диаграмме должна быть указана цель (Purpose) построения диаграммы в виде краткого описания и зафиксирована точка зрения (Viewpoint). Определение и формализация цели разработки IDEF0-модели является крайне важным моментом. Фактически цель определяет соответствующие области в исследуемой системе, на которых необходимо фокусироваться в первую очередь. 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. Правильный выбор точки зрения существенно сокращает временные затраты на построение конечной модели. Выделение подпроцессов. В процессе декомпозиции функциональный блок, который в контекстной диаграмме отображает систему как единое целое, подвергается детализации на другой диаграмме. Получившаяся диаграмма второго уровня содержит функциональные блоки, отображающие главные подфункции функционального блока контекстной диаграммы, и называется дочерней (Child Diagram) по отношению к нему (каждый из функциональных блоков, принадлежащих дочерней диаграмме, соответственно называется дочерним блоком – Child Box). В свою очередь, функциональный блок — предок называется родительским блоком по отношению к дочерней диаграмме (Parent Box), а диаграмма, к которой он принадлежит – родительской диаграммой (Parent Diagram). Каждая из подфункций дочерней диаграммы может быть далее детализирована путем аналогичной декомпозиции соответствующего ей функционального блока. В каждом случае декомпозиции функционального блока все интерфейсные дуги, входящие в данный блок или исходящие из него, фиксируются на дочерней диаграмме. Этим достигается структурная целостность IDEF0–модели. Иногда отдельные интерфейсные дуги высшего уровня не имеет смысла продолжать рассматривать на диаграммах нижнего уровня, или наоборот — отдельные дуги нижнего отражать на диаграммах более высоких уровней – это будет только перегружать диаграммы и делать их сложными для восприятия. Для решения подобных задач в стандарте IDEF0 предусмотрено понятие туннелирования. Обозначение "туннеля" (Arrow Tunnel) в виде двух круглых скобок вокруг начала интерфейсной дуги обозначает, что эта дуга не была унаследована от функционального родительского блока и появилась (из "туннеля") только на этой диаграмме. В свою очередь, такое же обозначение вокруг конца (стрелки) интерфейсной дуги в непосредственной близи от блока–приемника означает тот факт, что в дочерней по отношению к этому блоку диаграмме эта дуга отображаться и рассматриваться не будет. Чаще всего бывает, что отдельные объекты и соответствующие им интерфейсные дуги не рассматриваются на некоторых промежуточных уровнях иерархии, – в таком случае они сначала "погружаются в туннель", а затем при необходимости "возвращаются из туннеля". Обычно IDEF0-модели несут в себе сложную и концентрированную информацию, и для того, чтобы ограничить их перегруженность и сделать удобочитаемыми, в стандарте приняты соответствующие ограничения сложности. Рекомендуется представлять на диаграмме от трех до шести функциональных блоков, при этом количество подходящих к одному функциональному блоку (выходящих из одного функционального блока) интерфейсных дуг предполагается не более четырех. Стандарт IDEF0 содержит набор процедур, позволяющих разрабатывать и согласовывать модель большой группой людей, принадлежащих к разным областям деятельности 91 моделируемой системы. Обычно процесс разработки является итеративным и состоит из следующих условных этапов: Создание модели группой специалистов, относящихся к различным сферам деятельности предприятия. Эта группа в терминах IDEF0 называется авторами (Authors). Построение первоначальной модели является динамическим процессом, в течение которого авторы опрашивают компетентных лиц о структуре различных процессов, создавая модели деятельности подразделений. При этом их интересуют ответы на следующие вопросы: Что поступает в подразделение "на входе"? o o o o Какие функции и в какой последовательности выполняются в рамках подразделения? Кто является ответственным за выполнение каждой из функций? Чем руководствуется исполнитель при выполнении каждой из функций? Что является результатом работы подразделения (на выходе)? На основе имеющихся положений, документов и результатов опросов создается черновик (Model Draft) модели. Распространение черновика для рассмотрения, согласований и комментариев. На этой стадии происходит обсуждение черновика модели с широким кругом компетентных лиц (в терминах IDEF0 — читателей) на предприятии. При этом каждая из диаграмм черновой модели письменно критикуется и комментируется, а затем передается автору. Автор, в свою очередь, также письменно соглашается с критикой или отвергает ее с изложением логики принятия решения и вновь возвращает откорректированный черновик для дальнейшего рассмотрения. Этот цикл продолжается до тех пор, пока авторы и читатели не придут к единому мнению. Официальное утверждение модели. Утверждение согласованной модели происходит руководителем рабочей группы в том случае, если у авторов модели и читателей отсутствуют разногласия по поводу ее адекватности. Окончательная модель представляет собой согласованное представление о предприятии (системе) с заданной точки зрения и для заданной цели. Наглядность графического языка IDEF0 делает модель вполне читаемой и для лиц, которые не принимали участия в проекте ее создания, а также эффективной для проведения показов и презентаций. В дальнейшем на базе построенной модели могут быть организованы новые проекты, нацеленные на производство изменений в модели. Функциональная методика потоков данных Целью методики является построение модели рассматриваемой системы в виде диаграммы потоков данных (Data Flow Diagram — DFD), обеспечивающей правильное описание выходов (отклика системы в виде данных) при заданном воздействии на вход системы (подаче сигналов через внешние интерфейсы). Диаграммы потоков данных являются основным средством моделирования функциональных требований к проектируемой системе. При создании диаграммы потоков данных используются четыре основных понятия: потоки данных, процессы (работы) преобразования входных потоков данных в выходные, внешние сущности, накопители данных (хранилища). 92 Потоки данных являются абстракциями, использующимися для моделирования передачи информации (или физических компонент) из одной части системы в другую. Потоки на диаграммах изображаются именованными стрелками, ориентация которых указывает направление движения информации. Назначение процесса (работы) состоит в продуцировании выходных потоков из входных в соответствии с действием, задаваемым именем процесса. Имя процесса должно содержать глагол в неопределенной форме с последующим дополнением (например, "получить документы по отгрузке продукции"). Каждый процесс имеет уникальный номер для ссылок на него внутри диаграммы, который может использоваться совместно с номером диаграммы для получения уникального индекса процесса во всей модели. Хранилище (накопитель) данных позволяет на указанных участках определять данные, которые будут сохраняться в памяти между процессами. Фактически хранилище представляет "срезы" потоков данных во времени. Информация, которую оно содержит, может использоваться в любое время после ее получения, при этом данные могут выбираться в любом порядке. Имя хранилища должно определять его содержимое и быть существительным. Внешняя сущность представляет собой материальный объект вне контекста системы, являющейся источником или приемником системных данных. Ее имя должно содержать существительное, например, "склад товаров". Предполагается, что объекты, представленные как внешние сущности, не должны участвовать ни в какой обработке. Кроме основных элементов, в состав DFD входят словари данных и миниспецификации. Словари данных являются каталогами всех элементов данных, присутствующих в DFD, включая групповые и индивидуальные потоки данных, хранилища и процессы, а также все их атрибуты. Миниспецификации обработки — описывают DFD-процессы нижнего уровня. Фактически миниспецификации представляют собой алгоритмы описания задач, выполняемых процессами: множество всех миниспецификаций является полной спецификацией системы. Процесс построения DFD начинается с создания так называемой основной диаграммы типа "звезда", на которой представлен моделируемый процесс и все внешние сущности, с которыми он взаимодействует. В случае сложного основного процесса он сразу представляется в виде декомпозиции на ряд взаимодействующих процессов. Критериями сложности в данном случае являются: наличие большого числа внешних сущностей, многофункциональность системы, ее распределенный характер. Внешние сущности выделяются по отношению к основному процессу. Для их определения необходимо выделить поставщиков и потребителей основного процесса, т.е. все объекты, которые взаимодействуют с основным процессом. На этом этапе описание взаимодействия заключается в выборе глагола, дающего представление о том, как внешняя сущность использует основной процесс или используется им. Например, основной процесс – "учет обращений граждан", внешняя сущность – "граждане", описание взаимодействия – "подает заявления и получает ответы". Этот этап является принципиально важным, поскольку именно он определяет границы моделируемой системы. Для всех внешних сущностей строится таблица событий, описывающая их взаимодействие с основным потоком. Таблица событий включает в себя наименование внешней сущности, событие, его тип (типичный для системы или исключительный, реализующийся при определенных условиях) и реакцию системы. На следующем шаге происходит декомпозиция основного процесса на набор взаимосвязанных процессов, обменивающихся потоками данных. Сами потоки не конкретизируются, определяется лишь характер взаимодействия. Декомпозиция завершается, когда процесс становится простым, т.е.: 1. процесс имеет два-три входных и выходных потока; 93 2. процесс может быть описан в виде преобразования входных данных в выходные; 3. процесс может быть описан в виде последовательного алгоритма. Для простых процессов строится миниспецификация – формальное описание алгоритма преобразования входных данных в выходные. Миниспецификация удовлетворяет следующим требованиям: для каждого процесса строится одна спецификация; спецификация однозначно определяет входные и выходные потоки для данного процесса; спецификация не определяет способ преобразования входных потоков в выходные; спецификация ссылается на имеющиеся элементы, не вводя новые; спецификация по возможности использует стандартные подходы и операции. После декомпозиции основного процесса для каждого подпроцесса строится аналогичная таблица внутренних событий. Следующим шагом после определения полной таблицы событий выделяются потоки данных, которыми обмениваются процессы и внешние сущности. Простейший способ их выделения заключается в анализе таблиц событий. События преобразуются в потоки данных от инициатора события к запрашиваемому процессу, а реакции – в обратный поток событий. После построения входных и выходных потоков аналогичным образом строятся внутренние потоки. Для их выделения для каждого из внутренних процессов выделяются поставщики и потребители информации. Если поставщик или потребитель информации представляет процесс сохранения или запроса информации, то вводится хранилище данных, для которого данный процесс является интерфейсом. После построения потоков данных диаграмма должна быть проверена на полноту и непротиворечивость. Полнота диаграммы обеспечивается, если в системе нет "повисших" процессов, не используемых в процессе преобразования входных потоков в выходные. Непротиворечивость системы обеспечивается выполнением наборов формальных правил о возможных типах процессов: на диаграмме не может быть потока, связывающего две внешние сущности – это взаимодействие удаляется из рассмотрения; ни одна сущность не может непосредственно получать или отдавать информацию в хранилище данных – хранилище данных является пассивным элементом, управляемым с помощью интерфейсного процесса; два хранилища данных не могут непосредственно обмениваться информацией – эти хранилища должны быть объединены. К преимуществам методики DFD относятся: возможность однозначно определить внешние сущности, анализируя потоки информации внутри и вне системы; возможность проектирования сверху вниз, что облегчает построение модели "как должно быть"; наличие спецификаций процессов нижнего уровня, что позволяет преодолеть логическую незавершенность функциональной модели и построить полную функциональную спецификацию разрабатываемой системы. К недостаткам модели отнесем: необходимость искусственного ввода управляющих процессов, поскольку управляющие воздействия (потоки) и управляющие процессы с точки зрения DFD ничем не отличаются от обычных; отсутствие понятия времени, т.е. отсутствие анализа временных промежутков при преобразовании данных (все ограничения по времени должны быть введены в спецификациях процессов). Объектно-ориентированная методика Принципиальное отличие между функциональным и объектным подходом заключается в способе декомпозиции системы. Объектно-ориентированный подход использует объектную декомпозицию, при этом статическая структура описывается в терминах объ- 94 ектов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами. Целью методики является построение бизнес-модели организации, позволяющей перейти от модели сценариев использования к модели, определяющей отдельные объекты, участвующие в реализации бизнес-функций. Концептуальной основой объектно-ориентированного подхода является объектная модель, которая строится с учетом следующих принципов: абстрагирование; инкапсуляция; модульность; иерархия; типизация; параллелизм; устойчивость. Основными понятиями объектно-ориентированного подхода являются объект и класс. Объект — предмет или явление, имеющее четко определенное поведение и обладающие состоянием, поведением и индивидуальностью. Структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс. Класс – это множество объектов, связанных общностью структуры и поведения. Следующую группу важных понятий объектного подхода составляют наследование и полиморфизм. Понятие полиморфизм может быть интерпретировано как способность класса принадлежать более чем одному типу. Наследование означает построение новых классов на основе существующих с возможностью добавления или переопределения данных и методов. Важным качеством объектного подхода является согласованность моделей деятельности организации и моделей проектируемой информационной системы от стадии формирования требований до стадии реализации. По объектным моделям может быть прослежено отображение реальных сущностей моделируемой предметной области (организации) в объекты и классы информационной системы. Большинство существующих методов объектно-ориентированного подхода включают язык моделирования и описание процесса моделирования. Процесс – это описание шагов, которые необходимо выполнить при разработке проекта. В качестве языка моделирования объектного подхода используется унифицированный язык моделирования UML, который содержит стандартный набор диаграмм для моделирования. Диаграмма (Diagram) — это графическое представление множества элементов. Чаще всего она изображается в виде связного графа с вершинами (сущностями) и ребрами (отношениями) и представляет собой некоторую проекцию системы. Объектно-ориентированный подход обладает следующими преимуществами: Объектная декомпозиция дает возможность создавать модели меньшего размера путем использования общих механизмов, обеспечивающих необходимую экономию выразительных средств. Использование объектного подхода существенно повышает уровень унификации разработки и пригодность для повторного использования, что ведет к созданию среды разработки и переходу к сборочному созданию моделей. Объектная декомпозиция позволяет избежать создания сложных моделей, так как она предполагает эволюционный путь развития модели на базе относительно небольших подсистем. Объектная модель естественна, поскольку ориентированна на человеческое восприятие мира. 95 К недостаткам объектно-ориентированного подхода относятся высокие начальные затраты. Этот подход не дает немедленной отдачи. Эффект от его применения сказывается после разработки двух–трех проектов и накопления повторно используемых компонентов. Диаграммы, отражающие специфику объектного подхода, менее наглядны. Сравнение существующих методик В функциональных моделях (DFD-диаграммах потоков данных, SADTдиаграммах) главными структурными компонентами являются функции (операции, действия, работы), которые на диаграммах связываются между собой потоками объектов. Несомненным достоинством функциональных моделей является реализация структурного подхода к проектированию ИС по принципу "сверху-вниз", когда каждый функциональный блок может быть декомпозирован на множество подфункций и т.д., выполняя, таким образом, модульное проектирование ИС. Для функциональных моделей характерны процедурная строгость декомпозиции ИС и наглядность представления. При функциональном подходе объектные модели данных в виде ER-диаграмм "объект — свойство — связь" разрабатываются отдельно. Для проверки корректности моделирования предметной области между функциональными и объектными моделями устанавливаются взаимно однозначные связи. Главный недостаток функциональных моделей заключается в том, что процессы и данные существуют отдельно друг от друга — помимо функциональной декомпозиции существует структура данных, находящаяся на втором плане. Кроме того, не ясны условия выполнения процессов обработки информации, которые динамически могут изменяться. Перечисленные недостатки функциональных моделей снимаются в объектноориентированных моделях, в которых главным структурообразующим компонентом выступает класс объектов с набором функций, которые могут обращаться к атрибутам этого класса. Для классов объектов характерна иерархия обобщения, позволяющая осуществлять наследование не только атрибутов (свойств) объектов от вышестоящего класса объектов к нижестоящему классу, но и функций (методов). В случае наследования функций можно абстрагироваться от конкретной реализации процедур (абстрактные типы данных), которые отличаются для определенных подклассов ситуаций. Это дает возможность обращаться к подобным программным модулям по общим именам (полиморфизм) и осуществлять повторное использование программного кода при модификации программного обеспечения. Таким образом, адаптивность объектно-ориентированных систем к изменению предметной области по сравнению с функциональным подходом значительно выше. При объектно-ориентированном подходе изменяется и принцип проектирования ИС. Сначала выделяются классы объектов, а далее в зависимости от возможных состояний объектов (жизненного цикла объектов) определяются методы обработки (функциональные процедуры), что обеспечивает наилучшую реализацию динамического поведения информационной системы. Для объектно-ориентированного подхода разработаны графические методы моделирования предметной области, обобщенные в языке унифицированного моделирования UML. Однако по наглядности представления модели пользователю-заказчику объектноориентированные модели явно уступают функциональным моделям. При выборе методики моделирования предметной области обычно в качестве критерия выступает степень ее динамичности. Для более регламентированных задач больше подходят функциональные модели, для более адаптивных бизнес-процессов (управления рабочими потоками, реализации динамических запросов к информационным хранилищам) — объектно-ориентированные модели. Однако в рамках одной и той же ИС для различных классов задач могут требоваться различные виды моделей, описывающих одну и ту 96 же проблемную область. В таком случае должны использоваться комбинированные модели предметной области. Выводы по разделу 6.2 Методики принято делить на объектные и функциональные (структурные). Объектные методики рассматривают моделируемую организацию как набор взаимодействующих объектов – производственных единиц. Функциональные методики рассматривают организацию как набор функций, преобразующий поступающий поток информации в выходной поток. Принципиальное отличие между функциональным и объектным подходом заключается в способе декомпозиции системы. Теоретические вопросы по разделу 6.2 В соответствии с различными представлениями об организации методики принято делить на… ? С какой точки зрения объектные методики рассматривают моделируемую организацию? С какой точки зрения функциональные методики рассматривают моделируемую организацию? Расшифруйте аббревиатуры IDEF0, SADT, ICAM. Дайте понятие функционального блока, декомпозиции, контекстной диаграммы. Что такое точка зрения и цель? Что такое DFD? Перечислите основные понятие DFD. Дайте характеристику основным понятиям DFD. Охарактеризуйте объектно-ориентированную методику Сравните существующие методики. Раздел 6.3. Синтетическая методика Как можно видеть из представленного обзора, каждая из рассмотренных методик позволяет решить задачу построения формального описания рабочих процедур исследуемой системы. Все методики позволяют построить модель "как есть" и "как должно быть". С другой стороны, каждая из этих методик обладает существенными недостатками. Их можно суммировать следующим образом: недостатки применения отдельной методики лежат не в области описания реальных процессов, а в неполноте методического подхода. Функциональные методики в целом лучше дают представление о существующих функциях в организации, о методах их реализации, причем чем выше степень детализации исследуемого процесса, тем лучше они позволяют описать систему. Под лучшим описанием в данном случае понимается наименьшая ошибка при попытке по полученной модели предсказать поведение реальной системы. На уровне отдельных рабочих процедур их описание практически однозначно совпадает с фактической реализацией в потоке работ. На уровне общего описания системы функциональные методики допускают значительную степень произвола в выборе общих интерфейсов системы, ее механизмов и т.д., то есть в определении границ системы. Хорошо описать систему на этом уровне позволяет объектный подход, основанный на понятии сценария использования. Ключевым является понятие о сценарии использования как о сеансе взаимодействия действующего лица с системой, в результате которого действующее лицо получает нечто, имеющее для него ценность. Использование критерия ценности для пользователя дает возможность отбро- 97 сить не имеющие значения детали потоков работ и сосредоточиться на тех функциях системы, которые оправдывают ее существование. Однако и в этом случае задача определения границ системы, выделения внешних пользователей является сложной. Технология потоков данных, исторически возникшая первой, легко решает проблему границ системы, поскольку позволяет за счет анализа информационных потоков выделить внешние сущности и определить основной внутренний процесс. Однако отсутствие выделенных управляющих процессов, потоков и событийной ориентированности не позволяет предложить эту методику в качестве единственной. Наилучшим способом преодоления недостатков рассмотренных методик является формирование синергетической методики, объединяющей различные этапы отдельных методик. При этом из каждой методики необходимо взять часть методологии, наиболее полно и формально изложенную, и обеспечить возможность обмена результатами на различных этапах применения синергетической методики. В бинес-моделировании неявным образом идет формирование подобной синергетической методики. Идея синтетической методики заключается в последовательном применении функционального и объектного подхода с учетом возможности реинжиниринга существующей ситуации. Рассмотрим применение синтетической методики на примере разработки административного регламента. При построении административных регламентов выделяются следующие стадии: 1. Определение границ системы. На этой стадии при помощи анализа потоков данных выделяют внешние сущности и собственно моделируемую систему. 2. Выделение сценариев использования системы. На этой стадии при помощи критерия полезности строят для каждой внешней сущности набор сценариев использования системы. 3. Добавление системных сценариев использования. На этой стадии определяют сценарии, необходимые для реализации целей системы, отличных от целей пользователей. 4. Построение диаграммы активностей по сценариям использования. На этой стадии строят набор действий системы, приводящих к реализации сценариев использования; 5. Функциональная декомпозиция диаграмм активностей как контекстных диаграмм методики IDEF0. 6. Формальное описание отдельных функциональных активностей в виде административного регламента (с применением различных нотаций). Выводы по разделу 6.3 Все рассмотренные выше методики обладают достоинствами, но и содержат недостатки. Наилучшим способом их преодоления является использование синтетической методики. Идея синтетической методики заключается в последовательном применении функционального и объектного подхода с учетом возможности реинжиниринга существующей ситуации. Теоретические вопросы по разделу 6.3 Перечислите недостатки существующих методик. В преимущество использование синтетической методики. 98 Выводы по теме 6 В основе проектирования ИС лежит моделирование предметной области. Предварительное моделирование предметной области позволяет сократить время и сроки проведения проектировочных работ и получить более эффективный и качественный проект. Для отображения структурного аспекта моделей предметных областей в основном используются графические методы, которые должны гарантировать представление информации о компонентах системы. Главное требование к графическим методам документирования — простота. Методики принято делить на объектные и функциональные (структурные). Объектные методики рассматривают моделируемую организацию как набор взаимодействующих объектов – производственных единиц. Функциональные методики рассматривают организацию как набор функций, преобразующий поступающий поток информации в выходной поток. Принципиальное отличие между функциональным и объектным подходом заключается в способе декомпозиции системы. Все рассмотренные выше методики обладают достоинствами, но и содержат недостатки. Наилучшим способом их преодоления является использование синтетической методики. Идея синтетической методики заключается в последовательном применении функционального и объектного подхода с учетом возможности реинжиниринга существующей ситуации Теоретические вопросы по теме 6 Что лежит в основе проектирования ИС? Какие требования предъявляют к моделям предметных областей? Какие аспекты отражает система моделей? Главный критерий адекватности структурной модели… ? Как расшифровывается аббревиатура ABC? В соответствии с различными представлениями об организации методики принято делить на… ? С какой точки зрения объектные методики рассматривают моделируемую организацию? С какой точки зрения функциональные методики рассматривают моделируемую организацию? Расшифруйте аббревиатуры IDEF0, SADT, ICAM. Дайте понятие функционального блока, декомпозиции, контекстной диаграммы. Что такое точка зрения и цель? Что такое DFD? Перечислите основные понятие DFD. Дайте характеристику основным понятиям DFD. Охарактеризуйте объектно-ориентированную методику Сравните существующие методики. Перечислите недостатки существующих методик. В чём преимущество использование синтетической методики? 99 Лекция 7 Тема 7. Моделирование бизнес-процессов средствами AllFusion Process Modeler CASE-средства для моделирования деловых процессов. Инструментальная среда BPwin. Принципы построения модели IDEF0: контекстная диаграмма, субъект моделирования, цель и точка зрения. Диаграммы IDEF0: контекстная диаграмма, диаграммы декомпозиции, диаграммы дерева узлов, диаграммы только для экспозиции (FEO). Работы (Activity). Стрелки (Arrow). Туннелирование стрелок. Нумерация работ и диаграмм. Каркас диаграммы. Слияние и расщепление моделей. Создание отчетов. Раздел 7.1. Инструментальная среда BPwin Моделирование деловых процессов, как правило, выполняется с помощью CASEсредств. К таким средствам относятся BPwin (PLATINUM technology), Silverrun (Silverrun technology), Oracle Designer (Oracle), Rational Rose (Rational Software) и др. Функциональные возможности инструментальных средств структурного моделирования деловых процессов будут рассмотрены на примере CASE-средства BPwin. BPwin поддерживает три методологии моделирования: функциональное моделирование (IDEF0); описание бизнес-процессов (IDEF3); диаграммы потоков данных (DFD). BPwin имеет достаточно простой и интуитивно понятный интерфейс пользователя. При запуске BPwin по умолчанию появляется основная панель инструментов, палитра инструментов (вид которой зависит от выбранной нотации) и, в левой части, навигатор модели — Model Explorer (рис. 7.1). При создании новой модели возникает диалог, в котором следует указать, будет ли создана модель заново или она будет открыта из файла либо из репозитория ModelMart, затем внести имя модели и выбрать методологию, в которой будет построена модель (рис. 7.2). Как было указано выше, BPwin поддерживает три методологии — IDEF0, IDEF3 и DFD, каждая из которых решает свои специфические задачи. В BPwin возможно построение смешанных моделей, т. е. модель может содержать одновременно диаграммы как IDEF0, так и IDEF3 и DFD. Состав палитры инструментов изменяется автоматически, когда происходит переключение с одной нотации на другую. 100 Рис. 7.1. Интегрированная среда разработки модели BPwin Рис. 7.2. Диалог создания модели Модель в BPwin рассматривается как совокупность работ, каждая из которых оперирует с некоторым набором данных. Работа изображается в виде прямоугольников, данные — в виде стрелок. Если щелкнуть по любому объекту модели левой кнопкой мыши, появляется контекстное меню, каждый пункт которого соответствует редактору какоголибо свойства объекта. Выводы по разделу 7.1 Моделирование деловых процессов, как правило, выполняется с помощью CASEсредств. BPwin поддерживает три методологии моделирования: функциональное моделирование (IDEF0); описание бизнес-процессов (IDEF3); диаграммы потоков данных (DFD). Модель в BPwin рассматривается как совокупность работ, каждая из которых оперирует с некоторым набором данных. Теоретические вопросы по разделу 7.1 101 При помощи чего выполняется моделирование деловых процессов? Назовите примеры CASE-средств. Сколько методологий моделирования поддерживает BPWIN? В виде чего изображается работа и данные в IDEF0? Раздел 7.2. Построение модели IDEF0 На начальных этапах создания ИС необходимо понять, как работает организация, которую собираются автоматизировать. Руководитель хорошо знает работу в целом, но не в состоянии вникнуть в детали работы каждого рядового сотрудника. Рядовой сотрудник хорошо знает, что творится на его рабочем месте, но может не знать, как работают коллеги. Поэтому для описания работы предприятия необходимо построить модель, которая будет адекватна предметной области и содержать в себе знания всех участников бизнеспроцессов организации. Наиболее удобным языком моделирования бизнес-процессов является IDEF0, где система представляется как совокупность взаимодействующих работ или функций. Такая чисто функциональная ориентация является принципиальной — функции системы анализируются независимо от объектов, которыми они оперируют. Это позволяет более четко смоделировать логику и взаимодействие процессов организации. Процесс моделирования системы в IDEF0 начинается с создания контекстной диаграммы — диаграммы наиболее абстрактного уровня описания системы в целом, содержащей определение субъекта моделирования, цели и точки зрения на модель. Под субъектом понимается сама система, при этом необходимо точно установить, что входит в систему, а что лежит за ее пределами, другими словами, определить, что будет в дальнейшем рассматриваться как компоненты системы, а что как внешнее воздействие. На определение субъекта системы будут существенно влиять позиция, с которой рассматривается система, и цель моделирования — вопросы, на которые построенная модель должна дать ответ. Другими словами, в начале необходимо определить область моделирования. Описание области как системы в целом, так и ее компонентов является основой построения модели. Хотя предполагается, что в ходе моделирования область может корректироваться, она должна быть в основном сформулирована изначально, поскольку именно область определяет направление моделирования. При формулировании области необходимо учитывать два компонента — широту и глубину. Широта подразумевает определение границ модели — что будет рассматриваться внутри системы, а что снаружи. Глубина определяет, на каком уровне детализации модель является завершенной. При определении глубины системы необходимо помнить об ограничениях времени — трудоемкость построения модели растет в геометрической прогрессии с увеличением глубины декомпозиции. После определения границ модели предполагается, что новые объекты не должны вноситься в моделируемую систему. Цель моделирования Цель моделирования определяется из ответов на следующие вопросы: Почему этот процесс должен быть смоделирован? Что должна показывать модель? Что может получить клиент? Точка зрения (Viewpoint) Под точкой зрения понимается перспектива, с которой наблюдалась система при построении модели. Хотя при построении модели учитываются мнения различных людей, 102 все они должны придерживаться единой точки зрения на модель. Точка зрения должна соответствовать цели и границам моделирования. Как правило, выбирается точка зрения человека, ответственного за моделируемую работу в целом. IDEF0-модель предполагает наличие четко сформулированной цели, единственного субъекта моделирования и одной точки зрения. Для внесения области, цели и точки зрения в модели IDEF0 в BPwin следует выбрать пункт меню Model/Model Properties, вызывающий диалог Model Properties (рис. 7.3). В закладке Purpose следует внести цель и точку зрения, а в закладку Definition — определение модели и описание области. Рис. 7.3. Диалог задания свойств модели В закладке Status того же диалога можно описать статус модели (черновой вариант, рабочий, окончательный и т. д.), время создания и последнего редактирования (отслеживается в дальнейшем автоматически по системной дате). В закладке Source описываются источники информации для построения модели (например, "Опрос экспертов предметной области и анализ документации"). Закладка General служит для внесения имени проекта и модели, имени и инициалов автора и временных рамок модели — AS-IS и ТО-ВЕ. Модели AS-IS и ТО-ВЕ. Обычно сначала строится модель существующей организации работы — AS-IS (как есть). Анализ функциональной модели позволяет понять, где находятся наиболее слабые места, в чем будут состоять преимущества новых бизнеспроцессов и насколько глубоким изменениям подвергнется существующая структура организации бизнеса. Детализация бизнес-процессов позволяет выявить недостатки организации даже там, где функциональность на первый взгляд кажется очевидной. Найденные в модели AS-IS недостатки можно исправить при создании модели ТО-ВЕ (как будет) — модели новой организации бизнес-процессов. Технология проектирования ИС подразумевает сначала создание модели AS-IS, ее анализ и улучшение бизнес-процессов, то есть создание модели ТО-ВЕ, и только на основе модели ТО-ВЕ строится модель данных, прототип и затем окончательный вариант ИС. Иногда текущая AS-IS и будущая ТО-ВЕ модели различаются очень сильно, так что переход от начального к конечному состоянию становится неочевидным. В этом слу- 103 чае необходима третья модель, описывающая процесс перехода от начального к конечному состоянию системы, поскольку такой переход — это тоже бизнес-процесс. Результат описания модели можно получить в отчете Model Report. Диалог настройки отчета по модели вызывается из пункта меню Tools/Reports/Model Report. В диалоге настройки следует выбрать необходимые поля, при этом автоматически отображается очередность вывода информации в отчет (рис. 7.4). Рис. 7.4. Диалоговое окно для формирования отчета по модели На рис. 7.5 представлен отчет, сформированный по вышеуказанным полям. Основу методологии IDEF0 составляет графический язык описания бизнеспроцессов. Модель в нотации IDEF0 представляет собой совокупность иерархически упорядоченных и взаимосвязанных диаграмм. Каждая диаграмма является единицей описания системы и располагается на отдельном листе. Модель может содержать четыре типа диаграмм: контекстную диаграмму(в каждой модели может быть только одна контекстная диаграмма); диаграммы декомпозиции; диаграммы дерева узлов; диаграммы только для экспозиции (FEO). 104 Рис. 7.5. Предварительный просмотр отчета Контекстная диаграмма является вершиной древовидной структуры диаграмм и представляет собой самое общее описание системы и ее взаимодействия с внешней средой. После описания системы в целом проводится разбиение ее на крупные фрагменты. Этот процесс называется функциональной декомпозицией, а диаграммы, которые описывают каждый фрагмент и взаимодействие фрагментов, называются диаграммами декомпозиции. После декомпозиции контекстной диаграммы проводится декомпозиция каждого большого фрагмента системы на более мелкие и так далее, до достижения нужного уровня подробности описания. После каждого сеанса декомпозиции проводятся сеансы экспертизы — эксперты предметной области указывают на соответствие реальных бизнеспроцессов созданным диаграммам. Найденные несоответствия исправляются, и только после прохождения экспертизы без замечаний можно приступать к следующему сеансу декомпозиции. Так достигается соответствие модели реальным бизнес-процессам на любом и каждом уровне модели. Синтаксис описания системы в целом и каждого ее фрагмента одинаков во всей модели. Диаграмма дерева узловпоказывает иерархическую зависимость работ, но не взаимосвязи между работами. Диаграмм деревьев узлов может быть в модели сколь угодно много, поскольку дерево может быть построено на произвольную глубину и не обязательно с корня. Диаграммы для экспозиции (FEO)строятся для иллюстрации отдельных фрагментов модели, для иллюстрации альтернативной точки зрения, либо для специальных целей. Работы (Activity)обозначают поименованные процессы, функции или задачи, которые происходят в течение определенного времени и имеют распознаваемые результаты. Работы изображаются в виде прямоугольников. Все работы должны быть названы и определены. Имя работы должно быть выражено отглагольным существительным, обозначающим действие (например, "Деятельность компании", "Прием заказа" и т.д.). Работа "Деятельность компании" может иметь, например, следующее определение: "Это учебная модель, описывающая деятельность компании". При создании новой модели (меню File/New) ав- 105 томатически создается контекстная диаграмма с единственной работой, изображающей систему в целом (рис. 7.6). Рис. 7.6. Пример контекстной диаграммы Для внесения имени работы следует щелкнуть по работе правой кнопкой мыши, выбрать в меню Name Editor и в появившемся диалоге внести имя работы. Для описания других свойств работы служит диалог Activity Properties (рис. 7.7). Рис. 7.7. Редактор задания свойств работы Диаграммы декомпозиции содержат родственные работы, т. е. дочерние работы, имеющие общую родительскую работу. Для создания диаграммы декомпозиции следует щелкнуть по кнопке на панели инструментов. Возникает диалог Activity Box Count (рис. 7.8), в котором следует указать нотацию новой диаграммы и количество работ на ней. Остановимся пока на нотации IDEF0 и щелкнем на ОК. Появляется диаграмма декомпозиции (рис. 7.9). Допустимый интервал числа работ — 2-8. Декомпозироватьработу на одну работу не имеет смысла: диаграммы с количеством работ более восьми получаются перенасыщенными и плохо читаются. Для 106 обеспечения наглядности и лучшего понимания моделируемых процессов рекомендуется использовать от трех до шести блоков на одной диаграмме. Рис. 7.8. Диалог Activity Box Count Рис. 7.9. Пример диаграммы декомпозиции Если оказывается, что количество работ недостаточно, то работу можно добавить в диаграмму, щелкнув сначала по кнопке на палитре инструментов, а затем по свободному месту на диаграмме. Работы на диаграммах декомпозиции обычно располагаются по диагонали от левого верхнего угла к правому нижнему. Такой порядок называется порядком доминирования. Согласно этому принципу расположения в левом верхнем углу помещается самая важная работа или работа, выполняемая по времени первой. Далее вправо вниз располагаются менее важные или выполняемые позже работы. Такое размещение облегчает чтение диаграмм, кроме того, на нем основывается понятие взаимосвязей работ (см. ниже). Каждая из работ на диаграмме декомпозиции может быть в свою очередь декомпозирована. На диаграмме декомпозиции работы нумеруются автоматически слева направо. Номер работы показывается в правом нижнем углу. В левом верхнем углу изображается небольшая диагональная черта, которая показывает, что данная работа не была декомпозирована. Так, на рис. 7.9 все работы еще не были декомпозированы. 107 Стрелки (Arrow) описывают взаимодействие работ и представляют собой некую информацию, выраженную существительными.(Например, "Звонки клиентов", "Правила и процедуры", "Бухгалтерская система".) В IDEF0 различают пять типов стрелок: Вход(Input) — материал или информация, которые используются или преобразуются работой для получения результата (выхода). Допускается, что работа может не иметь ни одной стрелки входа. Каждый тип стрелок подходит к определенной стороне прямоугольника, изображающего работу, или выходит из нее. Стрелка входа рисуется как входящая в левую грань работы. При описании технологических процессов (для этого и был придуман IDEF0) не возникает проблем определения входов. Действительно, "Звонки клиентов" на рис. 7.6 — это нечто, что перерабатывается в процессе "Деятельность компании" для получения результата. При моделировании ИС, когда стрелками являются не физические объекты, а данные, не все так очевидно. Например, при "Приеме пациента" карта пациента может быть и на входе и на выходе, между тем качество этих данных меняется. Другими словами, в нашем примере для того, чтобы оправдать свое назначение, стрелки входа и выхода должны быть точно определены с тем, чтобы указать на то, что данные действительно были переработаны (например, на выходе — "Заполненная карта пациента"). Очень часто сложно определить, являются ли данные входом или управлением. В этом случае подсказкой может служить информация о том, перерабатываются/изменяются ли данные в работе или нет. Если изменяются, то, скорее всего, это вход, если нет — управление. Управление(Control) — правила, стратегии, процедуры или стандарты, которыми руководствуется работа. Каждая работа должна иметь хотя бы одну стрелку управления. Стрелка управления рисуется как входящая в верхнюю грань работы. На рис. 7.6 стрелка "Правила и процедуры" — управление для работы "Деятельность компании". Управление влияет на работу, но не преобразуется работой. Если цель работы — изменить процедуру или стратегию, то такая процедура или стратегия будет для работы входом. В случае возникновения неопределенности в статусе стрелки (управление или вход) рекомендуется рисовать стрелку управления. Выход(Output) — материал или информация, которые производятся работой. Каждая работа должна иметь хотя бы одну стрелку выхода. Работа без результата не имеет смысла и не должна моделироваться. Стрелка выхода рисуется как исходящая из правой грани работы. На рис. 7.6 стрелки "Маркетинговые материалы" и "Проданные продукты" являются выходом для работы "Деятельность компании". Механизм(Mechanism) — ресурсы, которые выполняют работу, например персонал предприятия, станки, устройства и т. д. Стрелка механизма рисуется как входящая в нижнюю грань работы. На рис. 7.6 стрелка "Бухгалтерская система" является механизмом для работы "Деятельность компании". По усмотрению аналитика стрелки механизма могут не изображаться в модели. Вызов(Call) — специальная стрелка, указывающая на другую модель работы. Стрелка вызова рисуется как исходящая из нижней грани работы. На рис. 7.10 стрелка "Другая модель работы" является вызовом для работы "Изготовление изделия". Стрелка вызова используется для указания того, что некоторая работа выполняется за пределами моделируемой системы. В BPwin стрелки вызова используются в механизме слияния и разделения моделей. 108 Рис. 7.10. Стрелка вызова, появляющаяся при расщеплении модели Граничные стрелки. Стрелки на контекстной диаграмме служат для описания взаимодействия системы с окружающим миром. Они могут начинаться у границы диаграммы и заканчиваться у работы, или наоборот. Такие стрелки называются граничными. Для внесения граничной стрелки входа следует: щелкнуть по кнопке с символом стрелки; в палитре инструментов перенести курсор к левой стороне экрана, пока не появится начальная штриховая полоска; щелкнуть один раз по полоске (откуда выходит стрелка) и еще раз в левой части работы со стороны входа (где заканчивается стрелка); вернуться в палитру инструментов и выбрать опцию редактирования стрелки; щелкнуть правой кнопкой мыши на линии стрелки, во всплывающем меню выбрать Name и добавить имя стрелки в закладке Name диалога IDEF0 Arrow Properties. Стрелки управления, входа, механизма и выхода изображаются аналогично. Имена вновь внесенных стрелок (рис. 7.11) автоматически заносятся в словарь Arrow Dictionary. 109 Рис. 7.11. Диалог IDEF0 Arrow Properties ICOM-коды. Диаграмма декомпозиции предназначена для детализации работы. В отличие от моделей, отображающих структуру организации, работа на диаграмме верхнего уровня в IDEF0 — это не элемент управления нижестоящими работами. Работы нижнего уровня — это то же самое, что работы верхнего уровня, но в более детальном изложении. Как следствие этого границы работы верхнего уровня — это то же самое, что границы диаграммы декомпозиции. ICOM (аббревиатура от Input, Control, Output и Mechanism) — коды, предназначенные для идентификации граничных стрелок. Код ICOM содержит префикс, соответствующий типу стрелки (I, С, О или М), и порядковый номер. BPwin вносит ICOM-коды автоматически. Для отображения ICOM-кодов следует включить опцию ICOM codes на закладке Display диалога Model Properties (меню Model/Model Properties) (рис.7.12). Словарь стрелок редактируется при помощи специального редактора Arrow Dictionary Editor, в котором определяется стрелка и вносится относящийся к ней комментарий (рис. 7.13). Словарь стрелок решает очень важную задачу. Диаграммы создаются аналитиком для того, чтобы провести сеанс экспертизы, т. е. обсудить диаграмму со специалистом предметной области. В любой предметной области формируется профессиональный жаргон, причем очень часто жаргонные выражения имеют нечеткий смысл и воспринимаются разными специалистами по-разному. В то же время аналитик — автор диаграмм должен употреблять те выражения, которые наиболее понятны экспертам. Поскольку формальные определения часто сложны для восприятия, аналитик вынужден употреблять профессиональный жаргон, а чтобы не возникло неоднозначных трактовок, в словаре стрелок каждому понятию можно дать расширенное и, если это необходимо, формальное определение. 110 Рис. 7.12. Включение опции ICOM codes на закладке Display Рис. 7.13. Редактирование словаря стрелок Содержимое словаря стрелок можно распечатать в виде отчета (меню Tools/ Report /Arrow Report...) и получить толковый словарь терминов предметной области, использующихся в модели. Несвязанные граничные стрелки (unconnected border arrow). При декомпозиции работы входящие в нее и исходящие из нее стрелки (кроме стрелки вызова) автоматически появляются на диаграмме декомпозиции (миграция стрелок), но при этом не касаются ра- 111 бот. Такие стрелки называются несвязанными и воспринимаются в BPwin как синтаксическая ошибка. На рис. 7.14 приведен фрагмент диаграммы декомпозиции с несвязанными стрелками, генерирующийся BPwin при декомпозиции работы "Сборка настольных компьютеров" (см. рис. 7.9). Для связывания стрелок входа, управления или механизма необходимо перейти в режим редактирования стрелок, щелкнуть по наконечнику стрелки и потом по соответствующему сегменту работы. Для связывания стрелки выхода необходимо перейти в режим редактирования стрелок, щелкнуть по сегменту выхода работы и затем по стрелке. Рис. 7.14. Пример несвязанных стрелок Внутренние стрелки. Для связи работ между собой используются внутренние стрелки, то есть стрелки, которые не касаются границы диаграммы, начинаются у одной и кончаются у другой работы. Для рисования внутренней стрелки необходимо в режиме рисования стрелок щелкнуть по сегменту (например, выхода) одной работы и затем по сегменту (например, входа) другой. В IDEF0 различают пять типов связей работ. Связь по входу(output-input), когда стрелка выхода вышестоящей работы (далее — просто выход) направляется на вход нижестоящей (например, на рис. 7.15 стрелка "Собранные компьютеры" связывает работы "Сборка и тестирование компьютеров" и "Отгрузка и получение"). Рис. 7.15. Связь по входу Связь по управлению(output-control), когда выход вышестоящей работы направляется на управление нижестоящей. Связь по управлению показывает доминирование вышестоящей работы. Данные или объекты выхода вышестоящей работы не меняются в 112 нижестоящей. На рис. 7.16 стрелка "Заказы клиентов" связывает работы "Продажи и маркетинг" и "Сборка и тестирование компьютеров". Рис. 7.16. Связь по управлению Обратная связь по входу(output-input feedback), когда выход нижестоящей работы направляется на вход вышестоящей. Такая связь, как правило, используется для описания циклов. На рис. 7.17 стрелка "Результаты тестирования" связывает работы "Тестирование компьютеров" и "Отслеживание расписания и управление сборкой и тестированием". Рис. 7.17. Обратная связь по входу Обратная связь по управлению(output-control feedback), когда выход нижестоящей работы направляется на управление вышестоящей (стрелка "Результаты сборки и тестирования", рис. 7.18). Обратная связь по управлению часто свидетельствует об эффек- 113 тивности бизнес-процесса. На рис. 7.18 объем продаж может быть повышен путем непосредственного регулирования процессов сборки и тестирования компьютеров (выхода) работы "Сборки и тестирование компьютеров". Рис. 7.18. Обратная связь по управлению Связь выход-механизм(output-mechanism), когда выход одной работы направляется на механизм другой. Эта взаимосвязь используется реже остальных и показывает, что одна работа подготавливает ресурсы, необходимые для проведения другой работы (рис. 7.19). Рис. 7.19. Связь выход-механизм Явные стрелки. Явная стрелка имеет источником одну-единственную работу и назначением тоже одну-единственную работу. Разветвляющиеся и сливающиеся стрелки. Одни и те же данные или объекты, порожденные одной работой, могут использоваться сразу в нескольких других работах. С другой стороны, стрелки, порожденные в разных работах, могут представлять собой одинаковые или однородные данные или объекты, которые в дальнейшем используются или перерабатываются в одном месте. Для моделирования таких ситуаций в IDEF0 используются разветвляющиеся и сливающиеся стрелки. Для разветвления стрелки нужно в режиме редактирования стрелки щелкнуть по фрагменту стрелки и по соответствующему сегменту работы. Для слияния двух стрелок выхода нужно в режиме редактирования стрелки сначала щелкнуть по сегменту выхода работы, а затем по соответствующему фрагменту стрелки. Смысл разветвляющихся и сливающихся стрелок передается именованием каждой ветви стрелок. Существуют определенные правила именования таких стрелок. Рассмотрим их на примере разветвляющихся стрелок. Если стрелка именована до разветвления, а 114 после разветвления ни одна из ветвей не именована, то подразумевается, что каждая ветвь моделирует те же данные или объекты, что и ветвь до разветвления (рис. 7.20). Рис. 7.20. Пример именования разветвляющейся стрелки Если стрелка именована до разветвления, а после разветвления какая-либо из ветвей тоже именована, то подразумевается, что эти ветви соответствуют именованию. Если при этом какая-либо ветвь после разветвления осталась неименованной, то подразумевается, что она моделирует те же данные или объекты, что и ветвь до разветвления (рис. 7.21). Рис. 7.21. Пример именования разветвляющейся стрелки Недопустима ситуация, когда стрелка до разветвления не именована, а после разветвления не именована какая-либо из ветвей. BPwin определяет такую стрелку как синтаксическую ошибку. 115 Правила именования сливающихся стрелок полностью аналогичны — ошибкой будет считаться стрелка, которая после слияния не именована, а до слияния не именована какая-либо из ее ветвей. Для именования отдельной ветви разветвляющихся и сливающихся стрелок следует выделить на диаграмме только одну ветвь, после чего вызвать редактор имени и присвоить имя стрелке. Это имя будет соответствовать только выделенной ветви. Туннелирование стрелок. Вновь внесенные граничные стрелки на диаграмме декомпозиции нижнего уровня изображаются в квадратных скобках и автоматически не появляются на диаграмме верхнего уровня (рис. 7.22). Рис. 7.22. Неразрешенная (unresolved) стрелка Для их "перетаскивания" наверх нужно щелкнуть правой кнопкой мыши по квадратным скобкам граничной стрелки и в контекстном меню выбрать команду Arrow Tunnel (рис. 7.23). Рис. 7.23. Выбор команды из контекстного меню Появляется диалог Border Arrow Editor (рис. 7.24). 116 Если щелкнуть по кнопке Resolve Border Arrow, стрелка мигрирует на диаграмму верхнего уровня, если по кнопке Change To Tunnel — стрелка будет туннелирована и не попадет на другую диаграмму. Туннельная стрелка изображается с круглыми скобками на конце (рис. 7.25). Рис. 7.24. Диалог Border Arrow Editor Рис. 7.25. Типы туннелирования стрелок Туннелирование может быть применено для изображения малозначимых стрелок. Если на какой-либо диаграмме нижнего уровня необходимо изобразить малозначимые данные или объекты, которые не обрабатываются или не используются работами на текущем уровне, то их необходимо направить на вышестоящий уровень (на родительскую диаграмму). Если эти данные не используются на родительской диаграмме, их нужно направить еще выше, и т. д. В результате малозначимая стрелка будет изображена на всех уровнях и затруднит чтение всех диаграмм, на которых она присутствует. Выходом является туннелирование стрелки на самом нижнем уровне. Такое туннелирование называется "не-в-родительской-диаграмме". Другим примером туннелирования может быть ситуация, когда стрелка механизма мигрирует с верхнего уровня на нижний, причем на нижнем уровне этот механизм используется одинаково во всех работах без исключения. (Предполагается, что не нужно детализировать стрелку механизма, т. е. стрелка механизма на дочерней работе именована до разветвления, а после разветвления ветви не имеют собственного имени). В этом случае стрелка механизма на нижнем уровне может быть удалена, после чего на родительской диаграмме она может быть туннелирована, а в комментарии к стрелке или в словаре можно указать, что механизм будет использоваться во всех работах дочерней диаграммы декомпозиции. Такое туннелирование называется "не-в-дочерней-работе" (рис. 7.25). 117 Нумерация работ и диаграмм. Все работы модели нумеруются. Номер состоит из префикса и числа. Может быть использован префикс любой длины, но обычно используют префикс А. Контекстная (корневая) работа дерева имеет номер А0. Работы i декомпозиции А0 имеют номера А1, А2, A3 и т. д. Работы декомпозиции нижнего уровня имеют номер родительской работы и очередной порядковый номер, например работы декомпозиции A3 будут иметь номера А31, А32, АЗЗ, А34 и т. д. Работы образуют иерархию, где каждая работа может иметь одну родительскую и несколько дочерних работ, образуя дерево. Такое дерево называют деревом узлов, а вышеописанную нумерацию — нумерацией по узлам. Диаграммы IDEF0 имеют двойную нумерацию. Во-первых, диаграммы имеют номера по узлу. Контекстная диаграмма всегда имеет номер А-0, декомпозиция контекстной диаграммы — номер А0, остальные диаграммы декомпозиции — номера по соответствующему узлу (например, A1, A2, А21, А213 и т. д.). BPwin автоматически поддерживает нумерацию по узлам, т. е. при проведении декомпозиции создается новая диаграмма и ей автоматически присваивается соответствующий номер. В результате проведения экспертизы диаграммы могут уточняться и изменяться, следовательно, могут быть созданы различные версии одной и той же (с точки зрения ее расположения в дереве узлов) диаграммы декомпозиции. BPwin позволяет иметь в модели только одну диаграмму декомпозиции в данном узле. Прежние версии диаграммы можно хранить в виде бумажной копии либо как FEO-диаграмму. (К сожалению, при создании FEO-диаграмм отсутствует возможность отката, т. е. из диаграммы можно получить декомпозиции FEO, но не наоборот.) В любом случае следует отличать различные версии одной и той же диаграммы. Для этого существует специальный номер — C-number, который должен присваиваться автором модели вручную. C-number — это произвольная строка, но рекомендуется придерживаться стандарта, когда номер состоит из буквенного префикса и порядкового номера, причем в качестве префикса используются инициалы автора диаграммы, а порядковый номер отслеживается автором вручную, например МСВ00021. Диаграммы дерева узлов и FEO Диаграмма деревьев узловпоказывает иерархию работ в модели и позволяет рассмотреть всю модель целиком, но не показывает взаимосвязи между работами (рис. 7.26).Процесс создания модели работ является итерационным, следовательно, работы могут менять свое расположение в дереве узлов многократно. Чтобы не запутаться и проверить способ декомпозиции, следует после каждого изменения создавать диаграмму дерева узлов. Впрочем, BPwin имеет мощный инструмент навигации по модели — Model Explorer, который позволяет представить иерархию работ и диаграмм в удобном и компактном виде, однако составляющей стандарта IDEF0. 118 Рис. 7.26. Диаграмма дерева узлов Для создания диаграммы дерева узлов следует выбрать в меню пункт Diagram/Add Node Tree (рис. 7.27). Возникает диалог формирования диаграммы дерева узлов Node Tree Definition (рис. 7.28, 7. 29). Рис. 7.27. Выбор команды для формирования диаграммы дерева узлов 119 Рис. 7.28. Диалог настройки диаграммы дерева узлов (шаг 1) Рис. 7.29. Диалог настройки диаграммы дерева узлов (шаг 2) В диалоге Node Tree Definition следует указать глубину дерева — Number of Levels (по умолчанию — 3) и корень дерева (по умолчанию — родительская работа текущей диаграммы). По умолчанию нижний уровень декомпозиции показывается в виде списка, остальные работы — в виде прямоугольников. Для отображения всего дерева в виде прямоугольников следует выключить опцию Bullet Last Level. При создании дерева узлов следует указать имя диаграммы, поскольку, если в нескольких диаграммах в качестве корня на 120 дереве узлов использовать одну и ту же работу, все эти диаграммы получат одинаковый номер (номер узла + постфикс N, например AON) и в списке открытых диаграмм (пункт меню Window) их можно будет различить только по имени. Диаграммы "только для экспозиции" (FEO)часто используются в модели для иллюстрации других точек зрения, для отображения отдельных деталей, которые не поддерживаются явно синтаксисом IDEF0. Диаграммы FEO позволяют нарушить любое синтаксическое правило, поскольку по сути являются просто картинками — копиями стандартных диаграмм и не включаются в анализ синтаксиса. Для создания диаграммы FEO следует выбрать пункт меню Diagram/Add FEO Diagram. В возникающем диалоге Add New FEO Diagram следует указать имя диаграммы FEO и тип родительской диаграммы (рис. 7.30). Рис. 7.30. Диалог создания FEO-диаграммы Новая диаграмма получает номер, который генерируется автоматически (номер родительской диаграммы по узлу + постфикс F, например A1F). Каркас диаграммы На рис. 7.31 показан типичный пример диаграммы декомпозиции с граничными рамками, которые называются каркасом диаграммы. 121 Рис. 7.31. Пример диаграммы декомпозиции с каркасом Каркас содержит заголовок (верхняя часть рамки) и подвал (нижняя часть). Заголовок каркаса используется для отслеживания диаграммы в процессе моделирования. Нижняя часть используется для идентификации и позиционирования в иерархии диаграммы. Смысл элементов каркаса приведен в табл. 7.1 и 7.2. Значения полей каркаса задаются в диалоге Diagram Properties (меню Diagram /Diagram Properties) — рис. 7.32. Рис. 7.32. Диалог Diagram Properties 122 Поле Used At Autor, Date, Rev, Project Notes 123456789 10 Status Working Draft Recommended Publication Reader Date Context Таблица 7.1. Поля заголовка каркаса (слева направо) Смысл Используется для указания на родительскую работу в случае, если на текущую диаграмму ссылались посредством стрелки вызова Имя создателя диаграммы, дата создания и имя проекта, в рамках которого была создана диаграмма. REV-дата последнего редактирования диаграммы Используется при проведении сеанса экспертизы. Эксперт должен (на бумажной копии диаграммы) указать число замечаний, вычеркивая цифру из списка каждый раз при внесении нового замечания Статус отображает стадию создания диаграммы, отображая все этапы публикации Новая диаграмма, кардинально обновленная диаграмма или новый автор диаграммы Диаграмма прошла первичную экспертизу и готова к дальнейшему обсуждению Диаграмма и все ее сопровождающие документы прошли экспертизу. Новых изменений не ожидается Диаграмма готова к окончательной печати и публикации Имя читателя (эксперта) Дата прочтения (экспертизы) Схема расположения работ в диаграмме верхнего уровня. Работа, являющаяся родительской, показана темным прямоугольником, остальные – светлым. На контекстной диаграмме (А-0) показана надпись ТОР. В левом нижнем углу показывается номер по узлу родительской диаграммы. Слияние и расщепление моделей Возможность слияния и расщепления моделей обеспечивает коллективную работу над проектом. Так, руководитель проекта может создать декомпозицию верхнего уровня и дать задание аналитикам продолжить декомпозицию каждой ветви дерева в виде отдельных моделей. После окончания работы над отдельными ветвями все подмодели могут быть слиты в единую модель. С другой стороны, отдельная ветвь модели может быть отщеплена для использования в качестве независимой модели, для доработки или архивирования. Таблица 7.2. Поля подвала каркаса (слева направо) Поле Смысл Node Номер узла диаграммы (номер родительской работы) Title Имя диаграммы. По умолчанию — имя родительской работы Number C-Number, уникальный номер версии диаграммы Page Номер страницы, может использоваться как номер страницы при формировании папки BPwin использует для слияния и разветвления моделей стрелки вызова. Для слияния необходимо выполнить следующие условия: Обе сливаемые модели должны быть открыты в BPwin. Имя модели-источника, которое присоединяют к модели-цели, должно совпадать с именем стрелки вызова работы в модели-цели. Стрелка вызова должна исходить из недекомпозируемой работы (работа должна иметь диагональную черту в левом верхнем углу) (рис. 7.33). 123 Рис. 7.33. Стрелка вызова работы "Сборка и тестирование компьютеров" моделицели Имена контекстной работы подсоединяемой модели-источника и работы на модели-цели, к которой мы подсоединяем модель-источник, должны совпадать. Модель-источник должна иметь, по крайней мере, одну диаграмму декомпозиции. Для слияния моделей нужно щелкнуть правой кнопкой мыши по работе со стрелкой вызова в модели-цели и во всплывающем меню выбрать пункт Merge Model. Появляется диалог, в котором следует указать опции слияния модели (рис. 7.34). При слиянии моделей объединяются и словари стрелок и работ. В случае одинаковых определений возможна перезапись определений или принятие определений из моделиисточника. То же относится к именам стрелок, хранилищам данных и внешним ссылкам. (Хранилища данных и внешние ссылки — объекты диаграмм потоков данных, DFD, будут рассмотрены ниже.) Рис. 7.34. Диалог Continue with merge После подтверждения слияния (кнопка OK) модель-источник подсоединяется к модели-цели, стрелка вызова исчезает, а работа, от которой отходила стрелка вызова, стано- 124 вится декомпозируемой — к ней подсоединяется диаграмма декомпозиции первого уровня модели-источника. Стрелки, касающиеся работы на диаграмме модели-цели, автоматически не мигрируют в декомпозицию, а отображаются как неразрешенные. Их следует туннелировать вручную. В процессе слияния модель-источник остается неизменной, и к модели-цели подключается фактически ее копия. Не нужно путать слияние моделей с синхронизацией. Если в дальнейшем модель-источник будет редактироваться, эти изменения автоматически не попадут в соответствующую ветвь модели-цели. Разделение моделей производится аналогично. Для отщепления ветви от модели следует щелкнуть правой кнопкой мыши по декомпозированной работе (работа не должна иметь диагональной черты в левом верхнем углу) и выбрать во всплывающем меню пункт Split Model. В появившемся диалоге Split Options следует указать имя создаваемой модели. После подтверждения расщепления в старой модели работа станет недекомпозированной (признак — диагональная черта в левом верхнем углу), будет создана стрелка вызова, ее имя будет совпадать с именем новой модели, и, наконец, будет создана новая модель, причем имя контекстной работы будет совпадать с именем работы, от которой была "оторвана" декомпозиция. Создание отчетов в BPwin BPwin имеет мощный инструмент генерации отчетов. Отчеты по модели вызываются из пункта меню Report. Всего имеется семь типов отчетов: 1. Model Report. Включает информацию о контексте модели — имя модели, точку зрения, область, цель, имя автора, дату создания и др. 2. Diagram Report. Отчет по конкретной диаграмме. Включает список объектов (работ, стрелок, хранилищ данных, внешних ссылок и т. д.). 3. Diagram Object Report. Наиболее полный отчет по модели. Может включать полный список объектов модели (работ, стрелок с указанием их типа и др.) и свойства, определяемые пользователем. 4. Activity Cost Report. Отчет о результатах стоимостного анализа. Будет рассмотрен ниже. 5. Arrow Report. Отчет по стрелкам. Может содержать информацию из словаря стрелок, информацию о работе-источнике, работе-назначении стрелки и информацию о разветвлении и слиянии стрелок. 6. Data Usage Report. Отчет о результатах связывания модели процессов и модели данных. (Будет рассмотрен ниже.) 7. Model Consistency Report. Отчет, содержащий список синтаксических ошибок модели. Слияние и расщепление моделей Возможность слияния и расщепления моделей обеспечивает коллективную работу над проектом. Так, руководитель проекта может создать декомпозицию верхнего уровня и дать задание аналитикам продолжить декомпозицию каждой ветви дерева в виде отдельных моделей. После окончания работы над отдельными ветвями все подмодели могут быть слиты в единую модель. С другой стороны, отдельная ветвь модели может быть отщеплена для использования в качестве независимой модели, для доработки или архивирования. 125 Поле Node Title Number Page Таблица 7.2. Поля подвала каркаса (слева направо) Смысл Номер узла диаграммы (номер родительской работы) Имя диаграммы. По умолчанию — имя родительской работы C-Number, уникальный номер версии диаграммы Номер страницы, может использоваться как номер страницы при формировании папки BPwin использует для слияния и разветвления моделей стрелки вызова. Для слияния необходимо выполнить следующие условия: Обе сливаемые модели должны быть открыты в BPwin. Имя модели-источника, которое присоединяют к модели-цели, должно совпадать с именем стрелки вызова работы в модели-цели. Стрелкавызова должна исходить из недекомпозируемой работы (работа должна иметь диагональную черту в левом верхнем углу) (рис. 7.33). Рис. 7.33. Стрелка вызова работы "Сборка и тестирование компьютеров" моделицели Имена контекстной работы подсоединяемой модели-источника и работы на модели-цели, к которой мы подсоединяем модель-источник, должны совпадать. Модель-источник должна иметь, по крайней мере, одну диаграмму декомпозиции. Для слияния моделей нужно щелкнуть правой кнопкой мыши по работе со стрелкой вызова в модели-цели и во всплывающем меню выбрать пункт Merge Model. Появляется диалог, в котором следует указать опции слияния модели (рис. 7.34). При слиянии моделей объединяются и словари стрелок и работ. В случае одинаковых определений возможна перезапись определений или принятие определений из моделиисточника. То же относится к именам стрелок, хранилищам данных и внешним ссылкам. (Хранилища данных и внешние ссылки — объекты диаграмм потоков данных, DFD, будут рассмотрены ниже.) 126 Рис. 7.34. Диалог Continue with merge После подтверждения слияния (кнопка OK) модель-источник подсоединяется к модели-цели, стрелка вызова исчезает, а работа, от которой отходила стрелка вызова, становится декомпозируемой — к ней подсоединяется диаграмма декомпозиции первого уровня модели-источника. Стрелки, касающиеся работы на диаграмме модели-цели, автоматически не мигрируют в декомпозицию, а отображаются как неразрешенные. Их следует туннелировать вручную. В процессе слияния модель-источник остается неизменной, и к модели-цели подключается фактически ее копия. Не нужно путать слияние моделей с синхронизацией. Если в дальнейшем модель-источник будет редактироваться, эти изменения автоматически не попадут в соответствующую ветвь модели-цели. Разделение моделей производится аналогично. Для отщепления ветви от модели следует щелкнуть правой кнопкой мыши по декомпозированной работе (работа не должна иметь диагональной черты в левом верхнем углу) и выбрать во всплывающем меню пункт Split Model. В появившемся диалоге Split Options следует указать имя создаваемой модели. После подтверждения расщепления в старой модели работа станет недекомпозированной (признак — диагональная черта в левом верхнем углу), будет создана стрелка вызова, ее имя будет совпадать с именем новой модели, и, наконец, будет создана новая модель, причем имя контекстной работы будет совпадать с именем работы, от которой была "оторвана" декомпозиция. Создание отчетов в BPwin BPwin имеет мощный инструмент генерации отчетов. Отчеты по модели вызываются из пункта меню Report. Всего имеется семь типов отчетов: 1. Model Report. Включает информацию о контексте модели — имя модели, точку зрения, область, цель, имя автора, дату создания и др. 2. Diagram Report. Отчет по конкретной диаграмме. Включает список объектов (работ, стрелок, хранилищ данных, внешних ссылок и т. д.). 3. Diagram Object Report. Наиболее полный отчет по модели. Может включать полный список объектов модели (работ, стрелок с указанием их типа и др.) и свойства, определяемые пользователем. 4. Activity Cost Report. Отчет о результатах стоимостного анализа. Будет рассмотрен ниже. 127 5. Arrow Report. Отчет по стрелкам. Может содержать информацию из словаря стрелок, информацию о работе-источнике, работе-назначении стрелки и информацию о разветвлении и слиянии стрелок. 6. Data Usage Report. Отчет о результатах связывания модели процессов и модели данных. (Будет рассмотрен ниже.) 7. Model Consistency Report. Отчет, содержащий список синтаксических ошибок модели. Выводы по разделу 7.2 На начальных этапах создания ИС необходимо понять, как работает организация, которую собираются автоматизировать. Наиболее удобным языком моделирования бизнес-процессов является IDEF0. Процесс моделирования системы в IDEF0 начинается с создания контекстной диаграммы. После этого она разбивается (декомпозируется) на ряд работ. Теоретические вопросы по разделу 7.2 Почему для моделирования бизнес-процессов удобна методика IDEF0? Что такое субъект моделирования? Как определяют цель моделирования? Что такое точка зрения? Типы диаграмм в IDEF0? Что такое контекстная диаграмма? Что такое диаграмма FEO? Как существуют типы стрелок в IDEF0? Какие существуют словари в BPWIN? Что такое ICOM-коды? Какие виды связей есть в IDEF0? Что такое диаграмма дерева узлов? Как производится слияние и расщепление моделей? Как создавать отчёты в BPWIN? Выводы по теме 7 Моделирование деловых процессов, как правило, выполняется с помощью CASEсредств. BPwin поддерживает три методологии моделирования: функциональное моделирование (IDEF0); описание бизнес-процессов (IDEF3); диаграммы потоков данных (DFD). Модель в BPwin рассматривается как совокупность работ, каждая из которых оперирует с некоторым набором данных. На начальных этапах создания ИС необходимо понять, как работает организация, которую собираются автоматизировать. Наиболее удобным языком моделирования бизнес-процессов является IDEF0. Процесс моделирования системы в IDEF0 начинается с создания контекстной диаграммы. После этого она разбивается (декомпозируется) на ряд работ. Теоретические вопросы по теме 7 128 При помощи чего выполняется моделирование деловых процессов? Назовите примеры CASE-средств. Сколько методологий моделирования поддерживает BPWIN? В виде чего изображается работа и данные в IDEF0? Почему для моделирования бизнес-процессов удобна методика IDEF0? Что такое субъект моделирования? Как определяют цель моделирования? Что такое точка зрения? Типы диаграмм в IDEF0? Что такое контекстная диаграмма? Что такое диаграмма FEO? Как существуют типы стрелок в IDEF0? Какие существуют словари в BPWIN? Что такое ICOM-коды? Какие виды связей есть в IDEF0? Что такое диаграмма дерева узлов? Как производится слияние и расщепление моделей? Как создавать отчёты в BPWIN? 129 Лекция 8 Тема 8. Моделирование бизнес-процессов средствами AllFusion Process Modeler (часть 2) Стоимостный анализ: объект затрат, двигатель затрат, центр затрат. Свойства, определяемые пользователем (UDP). Диаграммы потоков данных (Data Flow Diagramming): работы, внешние сущности (ссылки), потоки работ, хранилища данных. Метод описания процессов IDEF3: работы, связи, объекты ссылок, перекрестки. Имитационное моделирование: источники и стоки, очереди, процессы. Раздел 8.1. Стоимостный анализ Как было указано ранее, обычно сначала строится функциональная модель существующей организации работы — AS-IS (как есть). После построения модели AS-IS проводится анализ бизнес-процессов, потоки данных и объектов перенаправляются и улучшаются, в результате строится модель ТО-ВЕ. Как правило, строится несколько моделей ТОВЕ, из которых по какому-либо критерию выбирается наилучшая. Проблема состоит в том, что таких критериев много и непросто определить важнейший. Для того чтобы определить качество созданной модели с точки зрения эффективности бизнес-процессов, необходима система метрики, т. е. качество следует оценивать количественно. BPwin предоставляет аналитику два инструмента для оценки модели — стоимостный анализ, основанный на работах (Activity Based Costing, ABC), и свойства, определяемые пользователем (User Defined Properties, UDP). Функциональное оценивание – ABC – это технология выявления и исследования стоимости выполнения той или иной функции (действия). Исходными данными для функционального оценивания являются затраты на ресурсы (материалы, персонал и т.д.). В сравнении с традиционными способами оценки затрат, при применении которых часто недооценивается продукция, производимая в незначительном объеме, и переоценивается массовый выпуск, ABC обеспечивает более точный метод расчета стоимости производства продукции, основанный на стоимости выполнения всех технологических операций, выполняемых при ее выпуске. Стоимостный анализ представляет собой соглашение об учете, используемое для сбора затрат, связанных с работами, с целью определить общую стоимость процесса. Стоимостный анализ основан на модели работ, потому что количественная оценка невозможна без детального понимания функциональности предприятия. Обычно ABC применяется для того, чтобы понять происхождение выходных затрат и облегчить выбор нужной модели работ при реорганизации деятельности предприятия (Business Process Reengineering, BPR). С помощью стоимостного анализа можно решить такие задачи, как определение действительной стоимости производства продукта, определение действительной стоимости поддержки клиента, идентификация наиболее дорогостоящих работ (тех, которые должны быть улучшены в первую очередь), обеспечение менеджеров финансовой мерой предлагаемых изменений и т.д. ABC-анализ может проводиться только тогда, когда модель работы последовательная (следует синтаксическим правилам IDEF0), корректная (отражает бизнес), полная (охватывает всю рассматриваемую область) и стабильная (проходит цикл экспертизы без изменений), другими словами, когда создание модели работы закончено. ABC включает следующие основные понятия: Объект затрат — причина, по которой работа выполняется, обычно основной выход работы. Стоимость работ есть суммарная стоимость объектов затрат ("Сборка и тестирование компьютеров", рис. 8.1); 130 Двигатель затрат — характеристики входов и управлений работы ("Заказы клиентов", "Правила сборки и тестирования", "Персонал производственного отдела" рис. 8.1), которые влияют на то, как выполняется и как долго длится работа; Центры затрат, которые можно трактовать как статьи расхода. Рис. 8.1. Иллюстрация терминов ABC При проведении стоимостного анализа в BPwin сначала задаются единицы измерения времени и денег. Для задания единиц измерения следует вызвать диалог Model Properties (меню Model), закладка ABC Units (рис. 8.2). Рис. 8.2. Настройка единиц измерения валюты и времени Если в списке выбора отсутствует необходимая валюта (например, рубль), ее можно добавить. Диапазон измерения времени в списке Unit of measurment достаточен для большинства случаев — от секунд до лет. Затем описываются центры затрат (cost centers). Для внесения центров затрат необходимо вызвать диалог Cost Center Editor из меню Model (рис. 8.3). 131 Рис. 8.3. Диалог Cost Center Editor Каждому центру затрат следует дать подробное описание в окне Definition. Список центров затрат упорядочен. Порядок в списке можно менять при помощи стрелок, расположенных справа от списка. Задание определенной последовательности центров затрат в списке, во-первых, облегчает последующую работу при присвоении стоимости работам, а во-вторых, имеет значение при использовании единых стандартных отчетов в разных моделях. Хотя BPwin сохраняет информацию о стандартном отчете в файле BPWINRPT.INI, информация о центрах затрат и UDP сохраняется в виде указателей, т. е. хранятся не названия центров затрат, а их номера. Поэтому, если нужно использовать один и тот же стандартный отчет в разных моделях, списки центров затрат должны быть в них одинаковы. Для задания стоимости работы (для каждой работы на диаграмме декомпозиции) следует щелкнуть правой кнопкой мыши по работе и на всплывающем меню выбрать Cost (рис. 8.4). В диалоге Activity Cost указывается частота проведения данной работы в рамках общего процесса (окно Frequency) и продолжительность (Duration). Затем следует выбрать в списке один из центров затрат и в окне Cost задать его стоимость. Аналогично назначаются суммы по каждому центру затрат, т. е. задается стоимость каждой работы по каждой статье расхода. Если в процессе назначения стоимости возникает необходимость внесения дополнительных центров затрат, диалог Cost Center Editor вызывается прямо из диалога Activity Properties/Cost соответствующей кнопкой. 132 Рис. 8.4. Задание стоимости работ в диалоге Activity Properties/Cost Общие затраты по работе рассчитываются как сумма по всем центрам затрат. При вычислении затрат вышестоящей (родительской) работы сначала вычисляется произведение затрат дочерней работы на частоту работы (число раз, которое работа выполняется в рамках проведения родительской работы), затем результаты складываются. Если во всех работах модели включен режим Compute from Decompositions (рис. 8.4), подобные вычисления автоматически проводятся по всей иерархии работ снизу вверх (рис. 8.5). Рис. 8.5. Вычисление затрат родительской работы Этот достаточно упрощенный принцип подсчета справедлив, если работы выполняются последовательно. Встроенные возможности BPwin позволяют разрабатывать упрощенные модели стоимости, которые, тем не менее, оказываются чрезвычайно полезными при предварительной оценке затрат. Если схема выполнения более сложная (например, работы производятся альтернативно), можно отказаться от подсчета и задать итоговые суммы для каждой работы вручную (Override Decompositions). В этом случае результаты расчетов с нижних уровней декомпозиции будут игнорироваться, и при расчетах на верхних уровнях будет учитываться сумма, заданная вручную. На любом уровне результаты 133 расчетов сохраняются независимо от выбранного режима, поэтому при выключении опции Override Decompositions расчет снизу вверх производится обычным образом. Для проведения более тонкого анализа можно воспользоваться специализированным средством стоимостного анализа EasyABC (ABC Technology, Inc.). BPwin имеет двунаправленный интерфейс с EasyABC. Для экспорта данных в EasyABC следует выбрать пункт меню File/Export/Node Tree, задать в диалоге Export Node Tree необходимые настройки и экспортировать дерево узлов в текстовый файл (.txt). Файл экспорта можно импортировать в EasyABC. После проведения необходимых расчетов результирующие данные можно импортировать из EasyABC в BPwin. Для импорта нужно выбрать меню File/Import/Costs и в диалоге Import Activity Costs выбрать необходимые установки. Результаты стоимостного анализа могут существенно повлиять на очередность выполнения работ. Предположим, что для оценки качества изделия необходимо провести три работы: внешний осмотр — стоимость 50 руб.; пробное включение — стоимость 150 руб.; испытание на стенде — стоимость 300 руб. Предположим также, что с точки зрения технологии очередность проведения работ несущественна, а вероятность выявления брака одинакова (50%). Пусть необходимо проверить восемь изделий. Если проводить работы в убывающем по стоимости порядке, то затраты на получение готового изделия составят: 300 руб. (испытание на стенде)*8 +150 руб. (пробное включение) *4 + 50 руб. (внешний осмотр) *2 = 3100 руб. Если проводить работы в возрастающем по стоимости порядке, то на получение готового изделия будет затрачено: 50 руб. (внешний осмотр) *8 +150 руб. (пробное включение) *4 + 300 руб. (испытание на стенде) *2 = 1600 руб. Следовательно, с целью минимизации затрат первой должна быть выполнена наиболее дешевая работа, затем — средняя по стоимости и в конце — наиболее дорогая. Результаты стоимостного анализа наглядно представляются на специальном отчете BPwin, настройка которого производится в диалоговом окне Activity Cost Report (меню Tools/Reports/Activity Cost Report) (рис. 8.6). Отчет позволяет документировать имя, номер, определение и стоимость работ, как суммарную, так и раздельно по центрам затрат. Рис. 8.6. Диалог настройки отчета по стоимости работ 134 Результаты отображаются и непосредственно на диаграммах. В левом нижнем углу прямоугольника работы может показываться либо стоимость (по умолчанию), либо продолжительность, либо частота проведения работы. Настройка отображения осуществляется в диалоге Model Properties (меню Model/Model Properties), закладка Display (ABC Data, ABC Units). Свойства, определяемые пользователем (UDP) АВС позволяет оценить стоимостные и временные характеристики системы. Если стоимостных показателей недостаточно, имеется возможность внесения собственных метрик — свойств, определенных пользователем — (User Defined Properties, UDP). UDP позволяют провести дополнительный анализ, хотя и без суммирующих подсчетов. Для описания UDP служит диалог User-Defined Property Editor (меню Model/UDP Definition Editor) (рис. 8.7). В верхнем окне диалога вносится имя UDP, в списке выбора Datatype описывается тип свойства. Имеется возможность задания 18 различных типов UDP, в том числе управляющих команд и массивов, объединенных по категориям. Для внесения категории следует задать имя категории в окне New Keyword и щелкнуть по кнопке Add Category. Для присвоения свойства категории необходимо выбрать UDP из списка, затем категорию из списка категорий и щелкнуть по кнопке Update. Одна категория может объединять несколько свойств, в то же время одно свойство может входить в несколько категорий. Свойство типа List может содержать массив предварительно определенных значений. Для определения области значений UDP типа List следует задать значение свойства в окне New Keyword и щелкнуть по кнопке Add Member. Значения из списка можно редактировать и удалять. Рис. 8.7. Диалог описания UDP Каждой работе можно поставить в соответствие набор UDP. Для этого следует щелкнуть правой кнопкой мыши по работе и выбрать пункт меню UDP. В закладке UDP Values диалога IDEF0 Activity Properties можно задать значения UDP. Результат задания можно проанализировать в отчете Diagram Object Report (меню Tools/Report/Diagram Object Report) (рис. 8.8). 135 Выводы по разделу 8.1 BPwin предоставляет аналитику два инструмента для оценки модели — стоимостный анализ, основанный на работах (Activity Based Costing, ABC), и свойства, определяемые пользователем (User Defined Properties, UDP). Результаты стоимостного анализа наглядно представляются на специальном отчете BPwin, настройка которого производится в диалоговом окне Activity Cost Report АВС позволяет оценить стоимостные и временные характеристики системы. Если стоимостных показателей недостаточно, имеется возможность внесения собственных метрик — свойств, определенных пользователем — (User Defined Properties, UDP). UDP позволяют провести дополнительный анализ, хотя и без суммирующих подсчетов. Теоретические вопросы по разделу 8.1 Сколько инструментов содержит BPWIN для оценки моделей? Что такое стоимостной анализ? Что такое UDP? Что такое объект затрат, двигатель затрат? Расскажите о центрах затрат. Что такое EASYABC? Раздел 8.2. Диаграммы потоков данных Диаграммы потоков данных (Data Flow Diagramming) являются основным средством моделирования функциональных требований к проектируемой системе. Требования представляются в виде иерархии процессов, связанных потоками данных. Диаграммы потоков данных показывают, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, и выявляют отношения между этими процессами. DFD-диаграммы успешно используются как дополнение к модели IDEF0 для описания документооборота и обработки информации. Подобно IDEF0, DFD представляет моделируемую систему как сеть связанных работ. Основные компоненты DFD (как было сказано выше) – процессы или работы, внешние сущности, потоки данных, накопители данных (хранилища). 136 Рис. 8.8. Диалог настройки отчета Diagram Object Report В BPwin для построения диаграмм потоков данных используется нотация ГейнаСарсона. Для того чтобы дополнить модель IDEF0 диаграммой DFD, нужно в процессе декомпозиции в диалоге Activity Box Count "кликнуть" по радио-кнопке DFD. В палитре инструментов на новой диаграмме DFD появляются новые кнопки: (External Reference) — добавить в диаграмму внешнюю ссылку; (Data store) — добавить в диаграмму хранилище данных; Diagram Dictionary Editor – ссылка на другую страницу. В отличие от IDEF0 этот инструмент позволяет направить стрелку на любую диаграмму (а не только на верхний уровень). В отличие от стрелок IDEF0, которые представляют собой жесткие взаимосвязи, стрелки DFD показывают, как объекты (включая данные) двигаются от одной работы к другой. Это представление потоков совместно с хранилищами данных и внешними сущностями делает модели DFD более похожими на физические характеристики системы — движение объектов, хранение объектов, поставка и распространение объектов (рис. 8.9). В отличие от IDEF0, где система рассматривается как взаимосвязанные работы, DFD рассматривает систему как совокупность предметов. Контекстная диаграмма часто включает работы и внешние ссылки. Работы обычно именуются по названию системы, например "Система обработки информации". Включение внешних ссылок в контекстную диаграмму не отменяет требования методологии четко определить цель, область и единую точку зрения на моделируемую систему. 137 Рис. 8.9. Пример диаграммы DFD В DFD работы (процессы) представляют собой функции системы, преобразующие входы в выходы. Хотя работы изображаются прямоугольниками со скругленными углами, смысл их совпадает со смыслом работ IDEF0 и IDEF3. Так же, как процессы IDEF3, они имеют входы и выходы, но не поддерживают управления и механизмы, как IDEF0 (рис. 8.9) (блоки "Проверка и внесение клиентов", "Внесение заказов"). Внешние сущности изображают входы в систему и/или выходы из системы. Внешние сущности изображаются в виде прямоугольника с тенью и обычно располагаются по краям диаграммы (рис. 8.9, блок "Звонки клиентов). Одна внешняя сущность может быть использована многократно на одной или нескольких диаграммах. Обычно такой прием используют, чтобы не рисовать слишком длинных и запутанных стрелок. Потоки работ изображаются стрелками и описывают движение объектов из одной части системы в другую. Поскольку в DFD каждая сторона работы не имеет четкого назначения, как в IDEF0, стрелки могут подходить и выходить из любой грани прямоугольника работы. В DFD также применяются двунаправленные стрелки для описания диалогов типа "команда-ответ" между работами, между работой и внешней сущностью и между внешними сущностями (рис. 8.9). В отличие от стрелок, описывающих объекты в движении, хранилища данных изображают объекты в покое (рис. 8.10). Рис. 8.10. Хранилище данных В материальных системах хранилища данных изображаются там, где объекты ожидают обработки, например в очереди. В системах обработки информации хранилища данных являются механизмом, который позволяет сохранить данные для последующих процессов. В DFD стрелки могут сливаться и разветвляться, что позволяет описать декомпозицию стрелок. Каждый новый сегмент сливающейся или разветвляющейся стрелки может иметь собственное имя. Диаграммы DFD могут быть построены с использованием традиционного структурного анализа, подобно тому, как строятся диаграммы IDEF0. В DFD номер каждой работы может включать префикс, номер родительской работы (А) и номер объекта. Номер объекта — это уникальный номер работы на диаграмме. Например, работа может иметь номер А.12.4. Уникальный номер имеют хранилища данных и внешние сущности независимо от их расположения на диаграмме. Каждое хранилище данных имеет префикс D и уникальный номер, например D5. Каждая внешняя сущность имеет префикс Е и уникальный номер, например Е5. 138 Выводы по разделу 8.2 В BPwin для построения диаграмм потоков данных используется нотация ГейнаСарсона. В DFD работы (процессы) представляют собой функции системы, преобразующие входы в выходы. Диаграммы DFD могут быть построены с использованием традиционного структурного анализа, подобно тому, как строятся диаграммы IDEF0. Теоретические вопросы по разделу 8.2 При помощи чего моделируются функциональные требования к системе? Как нотация используется в BPWin для построения диаграмм потоков данных? Что представляется при помощи внешних сущностей? Для чего нужны потоки работ? Для чего используются хранилища данных? Раздел 8.3. Метод описания процессов IDEF3 Наличие в диаграммах DFD элементов для обозначения источников, приемников и хранилищ данных позволяет более эффективно и наглядно описать процесс документооборота. Однако для описания логики взаимодействия информационных потоков более подходит IDEF3, называемая также workflow diagramming, — методология моделирования, использующая графическое описание информационных потоков, взаимоотношений между процессами обработки информации и объектов, являющихся частью этих процессов. Диаграммы Workflow могут быть использованы в моделировании бизнес-процессов для анализа завершенности процедур обработки информации. С их помощью можно описывать сценарии действий сотрудников организации, например последовательность обработки заказа или события, которые необходимо обработать за конечное время. Каждый сценарий сопровождается описанием процесса и может быть использован для документирования каждой функции. IDEF3 — это метод, имеющий основной целью дать возможность аналитикам описать ситуацию, когда процессы выполняются в определенной последовательности, а также описать объекты, участвующие совместно в одном процессе. Техника описания набора данных IDEF3 является частью структурного анализа. В отличие от некоторых методик описаний процессов IDEF3 не ограничивает аналитика чрезмерно жесткими рамками синтаксиса, что может привести к созданию неполных или противоречивых моделей. IDEF3 может быть также использован как метод создания процессов. IDEF3 дополняет IDEF0 и содержит все необходимое для построения моделей, которые в дальнейшем могут быть использованы для имитационного анализа. Каждая работа в IDEF3 описывает какой-либо сценарий бизнес-процесса и может являться составляющей другой работы. Поскольку сценарий описывает цель и рамки модели, важно, чтобы работы именовались отглагольным существительным, обозначающим процесс действия, или фразой, содержащей такое существительное. Точка зрения на модель должна быть документирована. Обычно это точка зрения человека, ответственного за работу в целом. Также необходимо документировать цель модели — те вопросы, на которые призвана ответить модель. 139 Диаграмма является основной единицей описания в IDEF3. Важно правильно построить диаграммы, поскольку они предназначены для чтения другими людьми (а не только автором). Единицы работы — Unit of Work (UOW) — также называемые работами (activity), являются центральными компонентами модели. В IDEF3 работы изображаются прямоугольниками с прямыми углами и имеют имя, выраженное отглагольным существительным, обозначающим процесс действия, одиночным или в составе фразы, и номер (идентификатор); другое имя существительное в составе той же фразы обычно отображает основной выход (результат) работы (например, "Изготовление изделия"). Часто имя существительное в имени работы меняется в процессе моделирования, поскольку модель может уточняться и редактироваться. Идентификатор работы присваивается при создании и не меняется никогда. Даже если работа будет удалена, ее идентификатор не будет вновь использоваться для других работ. Обычно номер работы состоит из номера родительской работы и порядкового номера на текущей диаграмме. Связи показывают взаимоотношения работ. Все связи в IDEF3 однонаправлены и могут быть направлены куда угодно, но обычно диаграммы IDEF3 стараются построить так, чтобы связи были направлены слева направо. В IDEF3 различают три типа стрелок, изображающих связи, стиль которых устанавливается через меню Edit/Arrow Style: Старшая (Precedence) сплошная линия, связывающая единицы работ (UOW). Рисуется слева направо или сверху вниз. Показывает, что работа-источник должна закончиться прежде, чем работа-цель начнется. Отношения (Relational Link) пунктирная линия, использующаяся для изображения связей между единицами работ (UOW) а также между единицами работ и объектами ссылок. Потоки объектов (Object Flow) стрелка с двумя наконечниками, применяется для описания того факта, что объект используется в двух или более единицах работы, например, когда объект порождается в одной работе и используется в другой. Старшая связь показывает, что работа-источник заканчивается ранее, чем начинается работа-цель. Часто результатом работы-источника становится объект, необходимый для запуска работы-цели. В этом случае стрелку, обозначающую объект, изображают с двойным наконечником. Имя стрелки должно ясно идентифицировать отображаемый объект. Поток объектов имеет ту же семантику, что и старшая стрелка. Отношение показывает, что стрелка является альтернативой старшей стрелке или потоку объектов в смысле задания последовательности выполнения работ — работаисточник не обязательно должна закончиться, прежде чем работа-цель начнется. Более того, работа-цель может закончиться прежде, чем закончится работа-источник. Окончание одной работы может служить сигналом к началу нескольких работ, или же одна работа для своего запуска может ожидать окончания нескольких работ. Для отображения логики взаимодействия стрелок при слиянии и разветвлении или для отображения множества событий, которые могут или должны быть завершены перед началом следующей работы, используются перекрестки (Junction). Различают перекрестки для слияния (Fan-in Junction) и разветвления стрелок (Fan-out Junction). Перекресток не может использоваться одновременно для слияния и для разветвления. Для внесения перекрестка служит кнопка— (добавить в диаграмму перекресток — Junction) в палитре инструментов. В диалоге Select Junction Type необходимо указать тип перекрестка. Смысл каждого типа приведен в таблице 8.1. Все перекрестки на диаграмме нумеруются, каждый номер имеет префикс J. Можно редактировать свойства перекрестка при помощи диалога Junction Properties, который вызывается в контекстном меню перекрестка командой Definition/Note. В отличие от IDEF0 и DFD в IDEF3 стрелки могут сливаться и разветвляться только через перекрестки. Объект ссылки в IDEF3 выражает некую идею, концепцию или данные, которые нельзя связать со стрелкой, перекрестком или работой. Для внесения объекта ссылки слу- 140 жит кнопка — (добавить в диаграмму объект ссылки — Referent) в палитре инструментов. Объект ссылки изображается в виде прямоугольника, похожего на прямоугольник работы. Имя объекта ссылки задается в диалоге Referent (пункт Name контекстного меню), в качестве имени можно использовать имя какой-либо стрелки с других диаграмм или имя сущности из модели данных. Объекты ссылки должны быть связаны с единицами работ или перекрестками пунктирными линиями. Официальная спецификация IDEF3 различает три стиля объектов ссылок — безусловные (unconditional), синхронные (synchronous) и асинхронные (asynchronous). BPwin поддерживает только безусловные объекты ссылок. Синхронные и асинхронные объекты ссылок, используемые в диаграммах переходов состояний объектов, не поддерживаются. Обозначение Таблица 8.1. Типы перекрестков Наименование Смысл в случае слияния стрелок (Fan-in Junction) Asynchronous AND Synchronous AND Asynchronous OR Synchronous OR XOR (Exclusive OR) Все предшествующие процессы должны быть завершены Все предшествующие процессы завершены одновременно Один или несколько предшествующих процессов должны быть завершены Один или несколько предшествующих процессов завершены одновременно Только один предшествующий процесс завершен Смысл в случае разветвления стрелок (Fan-out Junction) Все следующие процессы должны быть запущены Все следующие процессы запускаются одновременно Один или несколько следующих процессов должны быть запущены Один или несколько следующих процессов запускаются одновременно Только один следующий процесс запускается При внесении объектов ссылок помимо имени следует указывать тип объекта ссылки. Типы объектов ссылок приведены в таблице 8.2. В IDEF3 декомпозиция используется для детализации работ. Методология IDEF3 позволяет декомпозировать работу многократно, т. е. работа может иметь множество дочерних работ. Это позволяет в одной модели описать альтернативные потоки. Возможность множественной декомпозиции предъявляет дополнительные требования к нумерации работ. Так, номер работы состоит из номера родительской работы, версии декомпозиции и собственного номера работы на текущей диаграмме. Рассмотрим процесс декомпозиции диаграмм IDEF3, включающий взаимодействие автора (аналитика) и одного или нескольких экспертов предметной области. Тип объекта ссылки OBJECT GOTO UOB (Unit of behaviour) Таблица 8.2. Типы объектов ссылок Цель описания Описывает участие важного объекта в работе Инструмент циклического перехода (в повторяющейся последовательности работ), возможно на текущей диаграмме, но не обязательно. Если все работы цикла присутствуют на текущей диаграмме, цикл может также изображаться стрелкой, возвращающейся на стартовую работу. GOTO может ссылаться на перекресток Применяется, когда необходимо подчеркнуть множественное использование какой-либо работы, но без цикла. Например, работа "Контроль качества" может быть использована в процессе "Изготовление изделия" несколько раз, после каждой единичной операции. Обычно этот тип ссылки не используется для модели- 141 NOTE ELAB (Elaboration) рования автоматически запускающихся работ Используется для документирования важной информации, относящейся к какимлибо графическим объектам на диаграмме. NOTE является альтернативой внесению текстового объекта в диаграмму Используется для усовершенствования графиков или их более детального описания. Обычно употребляется для детального описания разветвления и слияния стрелок на перекрестках Перед проведением сеанса экспертизы у экспертов предметной области должны быть документированные сценарии и рамки модели, для того чтобы понять цели декомпозиции. Обычно эксперт предметной области передает аналитику текстовое описание сценария. В дополнение к этому может существовать документация, описывающая интересующие процессы. Из этой информации аналитик должен составить предварительный список работ (отглагольные существительные, обозначающие процесс) и объектов (существительные, обозначающие результат выполнения работы), которые необходимы для перечисленных работ. В некоторых случаях целесообразно создать графическую модель для представления ее эксперту предметной области. На рисунке 8.11 представлено описание процесса "Сборка настольных компьютеров" в методологии IDEF3. Поскольку разные фрагменты модели IDEF3 могут быть созданы разными группами аналитиков в разное время, IDEF3 поддерживает простую схему нумерации работ в рамках всей модели. Разные аналитики оперируют разными диапазонами номеров, работая при этом независимо. Пример выделения диапазона приведен в табл. 8.3. В результате дополнения диаграмм IDEF0 диаграммами DFD и IDEF3 может быть создана смешанная модель, которая наилучшим образом описывает все стороны деятельности предприятия. Иерархию работ в смешанной модели можно увидеть в окне Model Explorer (рис. 8.12). Модели в нотации IDEF0 изображаются зеленым цветом, в IDEF3 — желтым, в DFD — голубым. Таблица 8.3. Диапазоны номеров работ Аналитик Диапазон номеров IDEF3 Иванов 1-999 Петров 1000-1999 Сидоров 2000-2999 142 Рис. 8.11. Описание процесса в методологии IDEF3 Рис. 8.12. Представление смешанной модели в окне Model Explorer Выводы по разделу 8.3 IDEF3 — это метод, имеющий основной целью дать возможность аналитикам описать ситуацию, когда процессы выполняются в определенной последовательности, а также описать объекты, участвующие совместно в одном процессе Диаграмма является основной единицей описания в IDEF3. В IDEF3 декомпозиция используется для детализации работ. Теоретические вопросы по разделу 8.3 143 Что такое workflow diagramming? Что такое единицы работы? Охарактеризуйте методологию IDEF3. Что такое объект ссылки? Раздел 8.4. Имитационное моделирование Оценочные аспекты моделирования предметной области связаны с разрабатываемыми показателями эффективности автоматизируемых процессов. Метод функционального моделирования позволяет оптимизировать существующие на предприятии бизнес-процессы, однако для оптимизации конкретных технологических операций функциональной модели может быть недостаточно. В этом случае целесообразно использовать имитационное моделирование. Имитационное моделирование – это метод, позволяющий строить модели, учитывающие время выполнения операций, и обеспечивающий наиболее полные средства анализа динамики бизнес-процессов. Имитационные модели описывают не только потоки сущностей, информации и управления, но и различные метрики. Полученную модель можно "проиграть" во времени и получить статистику происходящих процессов так, как это было бы в реальности. В имитационной модели изменения процессов и данных ассоциируются с событиями. "Проигрывание" модели заключается в последовательном переходе от одного события к другому. Связь между имитационными моделями и моделями процессов заключается в возможности преобразования модели процессов в имитационную модель. Имитационная модель дает больше информации для анализа системы, в свою очередь результаты такого анализа могут быть причиной модификации модели процессов. Одним из наиболее эффективных инструментов имитационного моделирования является система ARENA, разработанная фирмой System Modeling Corporation. Система позволяет строить имитационные модели, проигрывать их и анализировать результаты. Имитационная модель включает следующие основные элементы: Источники и стоки (Create и Dispose). Источники — это элементы, от которых в модель поступает информация или объекты. По смыслу они близки к понятиям "внешняя ссылка" на DFD-диаграммах или "объект ссылки" на диаграммах IDEF3. Скорость поступления данных или объектов от источника обычно задается статистической функцией. Сток — это устройство для приема информации или объектов. Очереди (Queues). Понятие очереди близко к понятию хранилища данных на DFDдиаграммах — это место, где объекты ожидают обработки. Время обработки объектов в разных работах может быть разным. В результате перед некоторыми работами могут накапливаться объекты, ожидающие своей очереди. Часто целью имитационного моделирования является минимизация количества объектов в очередях. Процессы (Process) — это аналог работ в модели процессов. В имитационной модели может быть задана производительность процессов. Построение модели производится путем переноса из панели инструментов в рабочее пространство модулей Create, Dispose и Process. Связи между модулями устанавливаются автоматически, но могут быть переопределены вручную. Далее модулям назначаются свойства. Для контроля проигрывания модели необходимо в модель добавить модуль Simulate и задать для него параметры. Результаты проигрывания модели отображаются в автоматически генерируемых отчетах. 144 BPwin не имеет собственных инструментов, позволяющих создавать имитационные модели, однако дает возможность экспортировать модель IDEF3 в специализированное средство создания таких моделей. Для экспорта модели необходимо настроить свойства, определяемые пользователем UDP, специально включенные в BPwin для целей экспорта. Функциональные и имитационные модели тесно взаимосвязаны и эффективно дополняют друг друга. Имитационные модели дают больше информации для анализа системы, результаты которого могут быть причиной модификации модели процессов. Целесообразно сначала строить функциональную модель, а на ее основе — имитационную. Выводы по разделу 8.4 Имитационное моделирование – это метод, позволяющий строить модели, учитывающие время выполнения операций, и обеспечивающий наиболее полные средства анализа динамики бизнес-процессов. Имитационные модели описывают не только потоки сущностей, информации и управления, но и различные метрики. Связь между имитационными моделями и моделями процессов заключается в возможности преобразования модели процессов в имитационную модель. Теоретические вопросы по разделу 8.4 Что такое имитационное моделирование? Опишите возможности Arena. Что такое очереди, процессы, источники и стеки. Как можно экспортировать информацию из BPWin в Arena? Выводы по теме 8 BPwin предоставляет аналитику два инструмента для оценки модели — стоимостный анализ, основанный на работах (Activity Based Costing, ABC), и свойства, определяемые пользователем (User Defined Properties, UDP). Результаты стоимостного анализа наглядно представляются на специальном отчете BPwin, настройка которого производится в диалоговом окне Activity Cost Report АВС позволяет оценить стоимостные и временные характеристики системы. Если стоимостных показателей недостаточно, имеется возможность внесения собственных метрик — свойств, определенных пользователем — (User Defined Properties, UDP). UDP позволяют провести дополнительный анализ, хотя и без суммирующих подсчетов. В BPwin для построения диаграмм потоков данных используется нотация ГейнаСарсона. В DFD работы (процессы) представляют собой функции системы, преобразующие входы в выходы. Диаграммы DFD могут быть построены с использованием традиционного структурного анализа, подобно тому, как строятся диаграммы IDEF0. IDEF3 — это метод, имеющий основной целью дать возможность аналитикам описать ситуацию, когда процессы выполняются в определенной последовательности, а также описать объекты, участвующие совместно в одном процессе Диаграмма является основной единицей описания в IDEF3. В IDEF3 декомпозиция используется для детализации работ. Имитационное моделирование – это метод, позволяющий строить модели, учитывающие время выполнения операций, и обеспечивающий наиболее полные средства анализа дина- 145 мики бизнес-процессов. Имитационные модели описывают не только потоки сущностей, информации и управления, но и различные метрики. Связь между имитационными моделями и моделями процессов заключается в возможности преобразования модели процессов в имитационную модель. Теоретические вопросы по теме 8 Сколько инструментов содержит BPWIN для оценки моделей? Что такое стоимостной анализ? Что такое UDP? Что такое объект затрат, двигатель затрат? Расскажите о центрах затрат. Что такое EASYABC? При помощи чего моделируются функциональные требования к системе? Как нотация используется в BPWin для построения диаграмм потоков данных? Что представляется при помощи внешних сущностей? Для чего нужны потоки работ? Для чего используются хранилища данных? Что такое workflow diagramming? Что такое единицы работы? Охарактеризуйте методологию IDEF3. Что такое объект ссылки? Что такое имитационное моделирование? Опишите возможности Arena. Что такое очереди, процессы, источники и стеки. Как можно экспортировать информацию из BPWin в Arena? 146 Лекция 9 Тема 9. Информационное обеспечение ИС Информационное обеспечение ИС. Внемашинное информационное обеспечение. Основные понятия классификации информации. Понятия и основные требования к системе кодирования информации. Состав и содержание операций проектирования классификаторов. Система документации. Внутримашинное информационное обеспечение. Проектирование экранных форм электронных документов. Информационная база и способы ее организации. Раздел 9.1. Информационное обеспечение ИС Информационное обеспечение ИС является средством для решения следующих задач: однозначного и экономичного представления информации в системе (на основе кодирования объектов); организации процедур анализа и обработки информации с учетом характера связей между объектами (на основе классификации объектов); организации взаимодействия пользователей с системой (на основе экранных форм ввода-вывода данных); обеспечения эффективного использования информации в контуре управления деятельностью объекта автоматизации (на основе унифицированной системы документации). Информационное обеспечение ИС включает два комплекса: внемашинное информационное обеспечение (классификаторы технико-экономической информации, документы, методические инструктивные материалы) и внутримашинное информационное обеспечение (макеты/экранные формы для ввода первичных данных в ЭВМ или вывода результатной информации, структуры информационной базы: входных, выходных файлов, базы данных). К информационному обеспечению предъявляются следующие общие требования: информационное обеспечение должно быть достаточным для поддержания всех автоматизируемых функций объекта; для кодирования информации должны использоваться принятые у заказчика классификаторы; для кодирования входной и выходной информации, которая используется на высшем уровне управления, должны быть использованы классификаторы этого уровня; должна быть обеспечена совместимость с информационным обеспечением систем, взаимодействующих с разрабатываемой системой; формы документов должны отвечать требованиям корпоративных стандартов заказчика (или унифицированной системы документации); структура документов и экранных форм должна соответствовать характеристиками терминалов на рабочих местах конечных пользователей; графики формирования и содержание информационных сообщений, а также используемые аббревиатуры должны быть общеприняты в этой предметной области и согласованы с заказчиком; 147 в ИС должны быть предусмотрены средства контроля входной и результатной информации, обновления данных в информационных массивах, контроля целостности информационной базы, защиты от несанкционированного доступа. Информационное обеспечение ИС можно определить как совокупность единой системы классификации, унифицированной системы документации и информационной базы. Выводы по разделу 9.1 Информационное обеспечение ИС включает два комплекса: внемашинное информационное обеспечение (классификаторы технико-экономической информации, документы, методические инструктивные материалы) и внутримашинное информационное обеспечение (макеты/экранные формы для ввода первичных данных в ЭВМ или вывода результатной информации, структуры информационной базы: входных, выходных файлов, базы данных). Информационное обеспечение ИС можно определить как совокупность единой системы классификации, унифицированной системы документации и информационной базы. Теоретические вопросы по разделу 9.1 Состав информационного обеспечения ИС? Что такое внемашинное информационное обеспечение? Что такое внутримашинное информационное обеспечение? Перечислите требования к информационному обеспечению? Раздел 9.2. Внемашинное информационное обеспечение Основные понятия классификации технико-экономической информации Для того чтобы обеспечить эффективный поиск, обработку на ЭВМ и передачу по каналам связи технико-экономической информации, ее необходимо представить в цифровом виде. С этой целью ее нужно сначала упорядочить (классифицировать), а затем формализовать (закодировать) с использованием классификатора. Классификация – это разделение множества объектов на подмножества по их сходству или различию в соответствии с принятыми методами. Классификация фиксирует закономерные связи между классами объектов. Под объектом понимается любой предмет, процесс, явление материального или нематериального свойства. Система классификации позволяет сгруппировать объекты и выделить определенные классы, которые будут характеризоваться рядом общих свойств. Таким образом, совокупность правил распределения объектов множества на подмножества называется системой классификации. Свойство или характеристика объекта классификации, которое позволяет установить его сходство или различие с другими объектами классификации, называется признаком классификации. Например, признак "роль предприятия-партнера в отношении деятельности объекта автоматизации" позволяет разделить все предприятия на две группы (на два подмножества): "поставщики" и "потребители". Множество или подмножество, объединяющее часть объектов классификации по одному или нескольким признакам, носит название классификационной группировки. Классификатор — это документ, с помощью которого осуществляется формализованное описание информации в ИС, содержащей наименования объектов, наименования классификационных группировок и их кодовые обозначения. 148 По сфере действия выделяют следующие виды классификаторов: международные, общегосударственные (общесистемные), отраслевые и локальные классификаторы. Международные классификаторы входят в состав Системы международных экономических стандартов (СМЭС) и обязательны для передачи информации между организациями разных стран мирового сообщества. Общегосударственные (общесистемные) классификаторы, обязательны для организации процессов передачи и обработки информации между экономическими системами государственного уровня внутри страны. Отраслевые классификаторы используют для выполнения процедур обработки информации и передачи ее между организациями внутри отрасли. Локальные классификаторы используют в пределах отдельных предприятий. Каждая система классификации характеризуется следующими свойствами: гибкостью системы; емкостью системы; степенью заполненности системы. Гибкость системы — это способность допускать включение новых признаков, объектов без разрушения структуры классификатора. Необходимая гибкость определяется временем жизни системы. Емкость системы — это наибольшее количество классификационных группировок, допускаемое в данной системе классификации. Степень заполненности системы определяется как частное от деления фактического количества группировок на величину емкости системы. В настоящее время чаще всего применяются два типа систем классификации: иерархическая и многоаспектная. При использовании иерархического метода классификации происходит "последовательное разделение множества объектов на подчиненные, зависимые классификационные группировки". Получаемая на основе этого процесса классификационная схема имеет иерархическую структуру. В ней первоначальный объем классифицируемых объектов разбивается на подмножества по какому-либо признаку и детализируется на каждой следующей ступени классификации. Обобщенное изображение иерархической классификационной схемы представлено на рис. 9.1. Рис. 9.1. Иерархическая классификационная схема Характерными особенностями иерархической системы являются: 149 возможность использования неограниченного количества признаков классификации; соподчиненность признаков классификации, что выражается разбиением каждой классификационной группировки, образованной по одному признаку, на множество классификационных группировок по нижестоящему (подчиненному) признаку. Таким образом, классификационные схемы, построенные на основе иерархического принципа, имеют неограниченную емкость, величина которой зависит от глубины классификации (числа ступеней деления) и количества объектов классификации, которое можно расположить на каждой ступени. Количество же объектов на каждой ступени классификации определяется основанием кода, то есть числом знаков в выбранном алфавите кода. (Например, если алфавит – двузначные десятичные числа, то можно на одном уровне разместить 100 объектов). Выбор необходимой глубины классификации и структуры кода зависит от характера объектов классификации и характера задач, для решения которых предназначен классификатор. При построении иерархической системы классификации сначала выделяется некоторое множество объектов, подлежащее классифицированию, для которого определяются полное множество признаков классификации и их соподчиненность друг другу, затем производится разбиение исходного множества объектов на классификационные группировки на каждой ступени классификации. К положительным сторонам данной системы следует отнести логичность, простоту ее построения и удобство логической и арифметической обработки. Серьезным недостатком иерархического метода классификации является жесткость классификационной схемы. Она обусловлена заранее установленным выбором признаков классификации и порядком их использования по ступеням классификации. Это ведет к тому, что при изменении состава объектов классификации, их характеристик или характера решаемых при помощи классификатора задач требуется коренная переработка классификационной схемы. Гибкость этой системы обеспечивается только за счет ввода большой избыточности в ветвях, что приводит к слабой заполненности структуры классификатора. Поэтому при разработке классификаторов следует учитывать, что иерархический метод классификации более предпочтителен для объектов с относительно стабильными признаками и для решения стабильного комплекса задач. Примеры применения иерархической классификации объектов в корпоративной ИС приведены на рис 9.2 и 9.3. Использование приведенных моделей позволяет выполнить кодирование информации о соответствующих объектах, а также использовать процедуры обобщения при обработке данных (при анализе затрат на заработную плату — по принадлежности работника к определенной службе, при анализе затрат на производство — по группам материалов: по металлу, по покупным комплектующим и пр.). Рис. 9.2. Организационная структура подразделения предприятия-цеха отгрузки 150 Рис. 9.3. Классификатор материальных ресурсов для обеспечения производства Недостатки, отмеченные в иерархической системе, отсутствуют в других системах, которые относятся к классу многоаспектных систем классификации. Аспект — точка зрения на объект классификации, который характеризуется одним или несколькими признаками. Многоаспектная система — это система классификации, которая использует параллельно несколько независимых признаков (аспектов) в качестве основания классификации. Существуют два типа многоаспектных систем: фасетная и дескрипторная. Фасет — это аспект классификации, который используется для образования независимых классификационных группировок. Дескриптор — ключевое слово, определяющее некоторое понятие, которое формирует описание объекта и дает принадлежность этого объекта к классу, группе и т.д. Под фасетным методом классификации понимается "параллельное разделение множества объектов на независимые классификационные группировки". При этом методе классификации заранее жесткой классификационной схемы и конечных группировок не создается. Разрабатывается лишь система таблиц признаков объектов классификации, называемых фасетами. При необходимости создания классификационной группировки для решения конкретной задачи осуществляется выборка необходимых признаков из фасетов 151 и их объединение в определенной последовательности. Общий вид фасетной классификационной схемы представлен на рис. 9.4. Рис. 9.4. Схема признаков фасетной классификации Внутри фасета значения признаков могут просто перечисляться по некоторому порядку или образовывать сложную иерархическую структуру, если существует соподчиненность выделенных признаков. К преимуществам данной системы следует отнести большую емкость системы и высокую степень гибкости, поскольку при необходимости можно вводить дополнительные фасеты и изменять их место в формуле. При изменении характера задач или характеристик объектов классификации разрабатываются новые фасеты или дополняются новыми признаками уже существующие фасеты без коренной перестройки структуры всего классификатора. К недостаткам, характерным для данной системы, можно отнести сложность структуры и низкую степень заполненности системы. В современных классификационных схемах часто одновременно используются оба метода классификации. Это снижает влияние недостатков методов классификации и расширяет возможность использования классификаторов в информационном обеспечении управления. В качестве примера использования комбинированных схем классификации в корпоративных ИС можно привести следующую модель описания продукции предприятия. Правила классификации продукции Принята классификация выпускаемой продукции по следующему ряду уровней (Иерархическая классификация): семейство продуктов; группа продуктов; серия продуктов. Однако эта система классификации не обеспечивает идентификацию любого выпускаемого изделия. Для каждой единицы продукта должны указываться следующие атрибуты (Фасеты): код серии продукта; конфигурационные параметры; свойства. Код серии продукта – алфавитно-цифровой код, однозначно идентифицирующий отдельный продукт. Конфигурационные параметры – свойства, значения которых могут 152 быть различными в зависимости от потребностей пользователей. Свойства – предопределенные характеристики отдельных продуктов, которые не могут меняться для одного и того же продукта. Допустимые варианты записи кода серии для различных продуктов показаны на рис. 9.5. Признаки фасета "Конфигурационные параметры" для одного семейства продуктов приведены в таблице 9.1. Рассмотренные выше системы классификации хорошо приспособлены для организации поиска с целью последующей логической и арифметической обработки информации на ЭВМ, но лишь частично решают проблему содержательного поиска информации при принятии управленческих решений. Рис. 9.5. Варианты записи кода серии продукта (серым цветом отмечены неиспользуемые элементы кода) Для поиска показателей и документов по набору содержательных признаков используется информационный язык дескрипторного типа, которой характеризуется совокупностью терминов (дескрипторов) и набором отношений между терминами. Содержание документов или показателей можно достаточно полно и точно отразить с помощью списка ключевых слов — дескрипторов. Дескриптор — это термин естественного языка (слово или словосочетание), используемый при описании документов или показателей, который имеет самостоятельный смысл и неделим без изменения своего значения. Для того чтобы обеспечить точность и однозначность поиска с помощью дескрипторного языка, необходимо предварительно определить все постоянные отношения между терминами: родовидовые, отношения синонимии, омонимии и полисемии, а также ассоциативные отношения. Все выделенные отношения явно описываются в систематическом словаре понятий — тезаурусе, который разрабатывается с целью проведения индексирования документов, показателей и информационных запросов. 153 Таблица 9.1. Признаки фасета "Конфигурационные параметры" для одного семейства продуктов Продукты и модификаХарактеристики ции Общие для семейства Специальные для отдельных моделей Датчики разности давлений Искробезопасное исполнеПредельно допустимое ние рабочее избыточное Взрывозащищенное исполдавление нение Исполнение по материалам Датчики абсолютного давИзмеряемый параметр Климатическое исполнение ления, избыточного давлеПредел допускаемой осния, разрежения, давленияновной погрешности разрежения Верхний предел измерений Код выходного сигнала Состав комплекта монтажных частей Кодирование технико-экономической информации Для полной формализации информации недостаточно простой классификации, поэтому проводят следующую процедуру — кодирование. Кодирование — это процесс присвоения условных обозначений объектам и классификационным группам по соответствующей системе кодирования. Кодирование реализует перевод информации, выраженной одной системой знаков, в другую систему, то есть перевод записи на естественном языке в запись с помощью кодов. Система кодирования — это совокупность правил обозначения объектов и группировок с использованием кодов. Код — это условное обозначение объектов или группировок в виде знака или группы знаков в соответствии с принятой системой. Код базируется на определенном алфавите (некоторое множество знаков). Число знаков этого множества называется основанием кода. Различают следующие типы алфавитов: цифровой, буквенный и смешанный. Код характеризуется следующими параметрами: длиной; основанием кодирования; структурой кода, под которой понимают распределение знаков по признакам и объектам классификации; степенью информативности, рассчитываемой как частное от деления общего количества признаков на длину кода; коэффициентом избыточности, который определяется как отношение максимального количества объектов к фактическому количеству объектов. К методам кодирования предъявляются определенные требования: код должен осуществлять идентификацию объекта в пределах заданного множества объектов классификации; желательно предусматривать использование в качестве алфавита кода десятичных цифр и букв; необходимо обеспечивать по возможности минимальную длину кода и достаточный резерв незанятых позиций для кодирования новых объектов без нарушения структуры классификатора. 154 Методы кодирования могут носить самостоятельный характер – регистрационные методы кодирования, или быть основанными на предварительной классификации объектов – классификационные методы кодирования. Регистрационные методы кодирования бывают двух видов: порядковый и серийно-порядковый. В первом случае кодами служат числа натурального ряда. Каждый из объектов классифицируемого множества кодируется путем присвоения ему текущего порядкового номера. Данный метод кодирования обеспечивает довольно большую долговечность классификатора при незначительной избыточности кода. Этот метод обладает наибольшей простотой, использует наиболее короткие коды и лучше обеспечивает однозначность каждого объекта классификации. Кроме того, он обеспечивает наиболее простое присвоение кодов новым объектам, появляющимся в процессе ведения классификатора. Существенным недостатком порядкового метода кодирования является отсутствие в коде какой-либо конкретной информации о свойствах объекта, а также сложность машинной обработки информации при получении итогов по группе объектов классификации с одинаковыми признаками. В серийно-порядковом методе кодирования кодами служат числа натурального ряда с закреплением отдельных серий этих чисел (интервалов натурального ряда) за объектами классификации с одинаковыми признаками. В каждой серии, кроме кодов имеющихся объектов классификации, предусматривается определенное количество кодов для резерва. Классификационные коды используют для отражения классификационных взаимосвязей объектов и группировок и применяются в основном для сложной логической обработки экономической информации. Группу классификационных систем кодирования можно разделить на две подгруппы в зависимости от того, какую систему классификации используют для упорядочения объектов: системы последовательного кодирования и параллельного кодирования. Последовательные системы кодирования характеризуются тем, что они базируются на предварительной классификации по иерархической системе. Код объекта классификации образуется с использованием кодов последовательно расположенных подчиненных группировок, полученных при иерархическом методе кодирования. В этом случае код нижестоящей группировки образуется путем добавления соответствующего количества разрядов к коду вышестоящей группировки. Параллельные системы кодирования характеризуются тем, что они строятся на основе использования фасетной системы классификации и коды группировок по фасетам формируются независимо друг от друга. В параллельной системе кодирования возможны два варианта записи кодов объекта: 1. Каждый фасет и признак внутри фасета имеют свои коды, которые включаются в состав кода объекта. Такой способ записи удобно применять тогда, когда объекты характеризуются неодинаковым набором признаков. При формировании кода какого-либо объекта берутся только необходимые признаки. 2. Для определения групп объектов выделяется фиксированный набор признаков и устанавливается стабильный порядок их следования, то есть устанавливается фасетная формула. В этом случае не надо каждый раз указывать, значение какого из признаков приведено в определенных разрядах кода объекта. Параллельный метод кодирования имеет ряд преимуществ. К достоинствам рассматриваемого метода следует отнести гибкость структуры кода, обусловленную независимостью признаков, из кодов которых строится код объекта классификации. Метод позволяет использовать при решении конкретных технико-экономических и социальных задач коды только тех признаков объектов, которые необходимы, что дает возможность ра- 155 ботать в каждом отдельном случае с кодами небольшой длины. При этом методе кодирования можно осуществлять группировку объектов по любому сочетанию признаков. Параллельный метод кодирования хорошо приспособлен для машинной обработки информации. По конкретной кодовой комбинации легко узнать, набором каких характеристик обладает рассматриваемый объект. При этом из небольшого числа признаков можно образовать большое число кодовых комбинаций. Набор признаков при необходимости может легко пополняться присоединением кода нового признака. Это свойство параллельного метода кодирования особенно важно при решении технико-экономических задач, состав которых часто меняется. Наиболее сложными вопросами, которые приходится решать при разработке классификатора, являются выбор методов классификации и кодирования и выбор системы признаков классификации. Основой классификатора должны быть наиболее существенные признаки классификации, соответствующие характеру решаемых с помощью классификатора задач. При этом данные признаки могут быть или соподчиненными, или несоподчиненными. При соподчиненных признаках классификации и стабильном комплексе задач, для решения которых предназначен классификатор, целесообразно использовать иерархический метод классификации, который представляет собой последовательное разделение множества объектов на подчиненные классификационные группировки. При несоподчиненных признаках классификации и при большой динамичности решаемых задач целесообразно использовать фасетный метод классификации. Важным вопросом является также правильный выбор последовательности использования признаков классификации по ступеням классификации при иерархическом методе классификации. Критерием при этом является статистика запросов к классификатору. В соответствии с этим критерием на верхних ступенях классификации в классификаторе должны использоваться признаки, к которым будут наиболее частые запросы. По этой же причине на верхних ступенях классификации выбирают наименьшее основание кода. Понятие унифицированной системы документации Основной компонентой внемашинного информационного обеспечения ИС является система документации, применяемая в процессе управления экономическим объектом. Под документом понимается определенная совокупность сведений, используемая при решении технико-экономических задач, расположенная на материальном носителе в соответствии с установленной формой. Система документации — это совокупность взаимосвязанных форм документов, регулярно используемых в процессе управления экономическим объектом. Отличительной особенностью системы экономической документации является большое разнообразие видов документов. Существующие системы документации, характерные для неавтоматизированных ИС, отличаются большим количеством разных типов форм документов, большим объемом потоков документов и их запутанностью, дублированием информации в документах и работ по их обработке и, как следствие, низкой достоверностью получаемых результатов. Для того чтобы упростить систему документации, используют следующие два подхода: проведение унификации и стандартизации документов; введение безбумажной технологии, основанной на использовании электронных документов и новых информационных технологий их обработки. Унификация документов выполняется путем введения единых форм документов. Таким образом, вводится единообразие в наименования показателей, единиц измерения и терминов, в результате чего получается унифицированная система документации. 156 Унифицированная система документации (УСД) — это рационально организованный комплекс взаимосвязанных документов, который отвечает единым правилам и требованиям и содержит информацию, необходимую для управления некоторым экономическим объектом. По уровням управления, они делятся на межотраслевые системы документации, отраслевые и системы документации локального уровня, т. е. обязательные для использования в рамках предприятий или организаций. Любой тип УСД должен удовлетворять следующим требованиям: документы, входящие в состав УСД, должны разрабатываться с учетом их использования в системе взаимосвязанных ЭИС; УСД должна содержать полную информацию, необходимую для оптимального управления тем объектом, для которого разрабатывается эта система; УСД должна быть ориентирована на использование средств вычислительной техники для сбора, обработки и передачи информации; УСД должна обеспечить информационную совместимость ЭИС различных уровней; все документы, входящие в состав разрабатываемой УСД, и все реквизитыпризнаки в них должны быть закодированы с использованием международных, общесистемных или локальных классификаторов. Выводы по разделу 9.2 Чтобы информацию представить в цифровом виде, ее нужно сначала упорядочить (классифицировать), а затем формализовать (закодировать) с использованием классификатора. Классификация – это разделение множества объектов на подмножества по их сходству или различию в соответствии с принятыми методами. Каждая система классификации характеризуется следующими свойствами: гибкостью системы; емкостью системы; степенью заполненности системы. Содержание документов или показателей можно достаточно полно и точно отразить с помощью списка ключевых слов — дескрипторов. Для полной формализации информации недостаточно простой классификации, поэтому проводят следующую процедуру — кодирование. Система документации — это совокупность взаимосвязанных форм документов, регулярно используемых в процессе управления экономическим объектом. Теоретические вопросы по разделу 9.2 Что такое классификация? Что такое классификатор? Свойства системы классификации? Что такое фасетный метод? Поясните правила классификации продукции Как происходит кодирование технико-экономической информации? Дайте понятие унифицированной системы документов. 157 Раздел 9.3. Внутримашинное информационное обеспечение Внутримашинное информационное обеспечение включает макеты (экранные формы) для ввода первичных данных в ЭВМ или вывода результатной информации, и структуры информационной базы: входных, выходных файлов, базы данных. Проектирование экранных форм электронных документов Под электронными формами документов понимается не изображение бумажного документа, а изначально электронная (безбумажная) технология работы; она предполагает появление бумажной формы только в качестве твердой копии документа. Электронная форма документа (ЭД) — это страница с пустыми полями, оставленными для заполнения пользователем. Формы могут допускать различный тип входной информации и содержать командные кнопки, переключатели, выпадающие меню или списки для выбора. Создание форм электронных документов требует использования специального программного обеспечения. На рис. 9.6 приведены основные типовые элементы электронного документа, использование которых предусмотрено в большинстве программ автоматизации проектирования электронных документов. К недостаткам электронных документов можно отнести неполную юридическую проработку процесса их утверждения или подписания. Технология обработки электронных документов требует использования специализированного программного обеспечения — программ управления документооборотом, которые зачастую встраиваются в корпоративные ИС. Проектирование форм электронных документов, т.е. создание шаблона формы с помощью программного обеспечения проектирования форм, обычно включает в себя выполнение следующих шагов: создание структуры ЭД — подготовка внешнего вида с помощью графических средств проектирования; определение содержания формы ЭД, т.е. выбор способов, которыми будут заполняться поля. Поля могут быть заполнены вручную или посредством выбора значений из какого-либо списка, меню, базы данных; определения перечня макетов экранных форм — по каждой задаче проектировщик анализирует "постановку" каждой задачи, в которой приводятся перечни используемых входных документов с оперативной и постоянной информацией и документов с результатной информацией; определение содержания макетов — выполняется на основе анализа состава реквизитов первичных документов с постоянной и оперативной информацией и результатных документов. 158 Рис. 9.6. Элементы электронного документа Работа заканчивается программированием разработанных макетов экранных форм и их апробацией. Информационная база и способы ее организации Основной частью внутримашннного информационного обеспечения является информационная база. Информационная база (ИБ) — это совокупность данных, организованная определенным способом и хранимая в памяти вычислительной системы в виде файлов, с помощью которых удовлетворяются информационные потребности управленческих процессов и решаемых задач. Все файлы ИБ можно классифицировать по следующим признакам: по этапам обработки (входные, базовые, результатные); по типу носителя (на промежуточных носителях — гибких магнитных дисках и магнитных лентах и на основных носителях — жестких магнитных дисках, магнитооптических дисках и др.); по составу информации (файлы с оперативной информацией и файлы с постоянной информацией); по назначению (по типу функциональных подсистем); по типу логической организации (файлы с линейной и иерархической структурой записи, реляционные, табличные); по способу физической организации (файлы с последовательным, индексным и прямым способом доступа). Входные файлы создаются с первичных документов для ввода данных или обновления базовых файлов. Файлы с результатной информацией предназначаются для вывода ее на печать или передачи по каналам связи и не подлежат долговременному хранению. К числу базовых файлов, хранящихся в информационной базе, относят основные, рабочие, промежуточные, служебные и архивные файлы. 159 Основные файлы должны иметь однородную структуру записей и могут содержать записи с оперативной и условно-постоянной информацией. Оперативные файлы могут создаваться на базе одного или нескольких входных файлов и отражать информацию одного или нескольких первичных документов. Файлы с условно-постоянной информацией могут содержать справочную, расценочную, табличную и другие виды информации, изменяющейся в течение года не более чем на 40%, а, следовательно, имеющие коэффициент стабильности не менее 0,6. Файлы со справочной информацией должны отражать все характеристики элементов материального производства (материалы, сырье, основные фонды, трудовые ресурсы и т.п.). Как правило, справочники содержат информацию классификаторов и дополнительные сведения об элементах Материальной сферы, например о ценах. Нормативно-расценочные файлы должны содержать данные о нормах расхода и расценках на выполнение операций и услуг. Табличные файлы содержат сведения об экономических показателях, считающихся постоянными в течение длительного времени (например, процент удержания, отчисления и пр.). Плановые файлы содержат плановые показатели, хранящиеся весь плановый период. Рабочие файлы создаются для решения конкретных задач на базе основных файлов путем выборки части информации из нескольких основных файлов с целью сокращения времени обработки данных. Промежуточные файлы отличаются от рабочих файлов тем, что они образуются в результате решения экономических задач, подвергаются хранению с целью дальнейшего использования для решения других задач. Эти файлы, так же как и рабочие файлы, при высокой частоте обращений могут быть также переведены в категорию основных файлов. Служебные файлы предназначаются для ускорения поиска информации в основных файлах и включают в себя справочники, индексные файлы и каталоги. Архивные файлы содержат ретроспективные данные из основных файлов, которые используются для решения аналитических, например прогнозных, задач. Архивные данные могут также использоваться для восстановления информационной базы при разрушениях. Организация хранения файлов в информационной базе должна отвечать следующим требованиям: полнота хранимой информации для выполнения всех функций управления и решения экономических задач; целостность хранимой информации, т. е. обеспечение непротиворечивости данных при вводе информации в ИБ; своевременность и одновременность обновления данных во всех копиях данных; гибкость системы, т.е. адаптируемость ИБ к изменяющимся информационным потребностям; реализуемость системы, обеспечивающая требуемую степень сложности структуры ИБ; релевантность ИБ, под которой подразумевается способность системы осуществлять поиск и выдавать информацию, точно соответствующую запросам пользователей; удобство языкового интерфейса, позволяющее быстро формулировать запрос к ИБ; разграничение прав доступа, т.е. определение для каждого пользователя доступных типов записей, полей, файлов и видов операций над ними. Существуют следующие способы организации ИБ: совокупность локальных файлов, поддерживаемых функциональными пакетами прикладных программ, и интегрированная база данных, основывающаяся на использовании универсальных программных 160 средств загрузки, хранения, поиска и ведения данных, т.е. системы управления базами данных (СУБД). Локальные файлы вследствие специализации структуры данных под задачи обеспечивают, как правило, более быстрое время обработки данных. Однако недостатки организации локальных файлов, связанные с большим дублированием данных в информационной системе и, как следствие, несогласованностью данных в разных приложениях, а также негибкостью доступа к информации, перекрывают указанные преимущества. Поэтому организация локальных файлов может применяться только в специализированных приложениях, требующих очень высокой скорости реакции при импорте необходимых данных. Интегрированная ИБ, т.е. база данных (БД) — это совокупность взаимосвязанных, хранящихся вместе данных при такой минимальной избыточности, которая допускает их использование оптимальным образом для множества приложений. Централизация управления данными с помощью СУБД обеспечивает совместимость этих данных, уменьшение синтаксической и семантической избыточности, соответствие данных реальному состоянию объекта, разделение хранения данных между пользователями и возможность подключения новых пользователей. Но централизация управления и интеграция данных приводят к проблемам другого характера: необходимости усиления контроля вводимых данных, необходимости обеспечения соглашения между пользователями по поводу состава и структуры данных, разграничения доступа и секретности данных. Основными способами организации БД являются создание централизованных и распределенных БД. Основным критерием выбора способа организации ИБ является достижение минимальных трудовых и стоимостных затрат на проектирование структуры ИБ, программного обеспечения системы ведения файлов, а также на перепроектирование ИБ при возникновении новых задач. Выводы по разделу 9.3 Внутримашинное информационное обеспечение включает макеты (экранные формы) для ввода первичных данных в ЭВМ или вывода результатной информации, и структуры информационной базы: входных, выходных файлов, базы данных. Информационная база (ИБ) — это совокупность данных, организованная определенным способом и хранимая в памяти вычислительной системы в виде файлов, с помощью которых удовлетворяются информационные потребности управленческих процессов и решаемых задач. Теоретические вопросы по разделу 9.3 Что включает в себя внутримашинное информационное обеспечение? Что такое электронная форма документа? Назовите шаги проектирования форм электронных документов. Что такое информационная база? 161 Выводы по теме 9 Чтобы информацию представить в цифровом виде, ее нужно сначала упорядочить (классифицировать), а затем формализовать (закодировать) с использованием классификатора. Классификация – это разделение множества объектов на подмножества по их сходству или различию в соответствии с принятыми методами. Каждая система классификации характеризуется следующими свойствами: гибкостью системы; емкостью системы; степенью заполненности системы. Содержание документов или показателей можно достаточно полно и точно отразить с помощью списка ключевых слов — дескрипторов. Для полной формализации информации недостаточно простой классификации, поэтому проводят следующую процедуру — кодирование. Система документации — это совокупность взаимосвязанных форм документов, регулярно используемых в процессе управления экономическим объектом. Внутримашинное информационное обеспечение включает макеты (экранные формы) для ввода первичных данных в ЭВМ или вывода результатной информации, и структуры информационной базы: входных, выходных файлов, базы данных. Информационная база (ИБ) — это совокупность данных, организованная определенным способом и хранимая в памяти вычислительной системы в виде файлов, с помощью которых удовлетворяются информационные потребности управленческих процессов и решаемых задач. Теоретические вопросы по теме 9 Что такое классификация? Что такое классификатор? Свойства системы классификации? Что такое фасетный метод? Поясните правила классификации продукции Как происходит кодирование технико-экономической информации? Дайте понятие унифицированной системы документов. Что включает в себя внутримашинное информационное обеспечение? Что такое электронная форма документа? Назовите шаги проектирования форм электронных документов. Что такое информационная база? 162 Лекция 10 Тема 10. Моделирование информационного обеспечения Моделирование данных. Метод IDEFI. Отображение модели данных в инструментальном средстве AllFusion Data Modeler. Интерфейс AllFusion Data Modeler. Уровни отображения модели. Создание логической модели данных: уровни логической модели; сущности и атрибуты; связи; типы сущностей и иерархия наследования; ключи, нормализация данных; домены. Создание физической модели: уровни физической модели; таблицы; правила валидации и значение по умолчанию; индексы; триггеры и хранимые процедуры; проектирование хранилищ данных; вычисление размера БД; прямое и обратное проектирование. Генерация кода клиентской части с помощью AllFusion Data Modeler: расширенные атрибуты. Создание отчетов. Генерация словарей. Раздел 10.1. Моделирование данных Одной из основных частей информационного обеспечения является информационная база. Как было определено выше (см. лекцию 9), информационная база (ИБ) представляет собой совокупность данных, организованная определенным способом и хранимая в памяти вычислительной системы в виде файлов, с помощью которых удовлетворяются информационные потребности управленческих процессов и решаемых задач. Разработка БД выполняется с помощью моделирования данных. Цель моделирования данных состоит в обеспечении разработчика ИС концептуальной схемой базы данных в форме одной модели или нескольких локальных моделей, которые относительно легко могут быть отображены в любую систему баз данных. Наиболее распространенным средством моделирования данных являются диаграммы "сущность-связь" (ERD). С помощью ERD осуществляется детализация накопителей данных DFD – диаграммы, а также документируются информационные аспекты бизнес-системы, включая идентификацию объектов, важных для предметной области (сущностей), свойств этих объектов (атрибутов) и их связей с другими объектами (отношений). Базовые понятия ERD Сущность (Entity) — множество экземпляров реальных или абстрактных объектов (людей, событий, состояний, идей, предметов и др.), обладающих общими атрибутами или характеристиками. Любой объект системы может быть представлен только одной сущностью, которая должна быть уникально идентифицирована. При этом имя сущности должно отражать тип или класс объекта, а не его конкретный экземпляр (например, АЭРОПОРТ, а не ВНУКОВО). Каждая сущность должна обладать уникальным идентификатором. Каждый экземпляр сущности должен однозначно идентифицироваться и отличаться от всех других экземпляров данного типа сущности. Каждая сущность должна обладать некоторыми свойствами: иметь уникальное имя; к одному и тому же имени должна всегда применяться одна и та же интерпретация; одна и та же интерпретация не может применяться к различным именам, если только они не являются псевдонимами; иметь один или несколько атрибутов, которые либо принадлежат сущности, либо наследуются через связь; иметь один или несколько атрибутов, которые однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности. 163 Каждая сущность может обладать любым количеством связей с другими сущностями модели. Связь (Relationship) — поименованная ассоциация между двумя сущностями, значимая для рассматриваемой предметной области. Связь — это ассоциация между сущностями, при которой каждый экземпляр одной сущности ассоциирован с произвольным (в том числе нулевым) количеством экземпляров второй сущности, и наоборот. Атрибут (Attribute) — любая характеристика сущности, значимая для рассматриваемой предметной области и предназначенная для квалификации, идентификации, классификации, количественной характеристики или выражения состояния сущности. Атрибут представляет тип характеристик или свойств, ассоциированных с множеством реальных или абстрактных объектов (людей, мест, событий, состояний, идей, предметов и т.д.). Экземпляр атрибута — это определенная характеристика отдельного элемента множества. Экземпляр атрибута определяется типом характеристики и ее значением, называемым значением атрибута. На диаграмме "сущность-связь" атрибуты ассоциируются с конкретными сущностями. Таким образом, экземпляр сущности должен обладать единственным определенным значением для ассоциированного атрибута. Метод IDEF1 Наиболее распространенными методами для построения ERD-диаграмм являются метод Баркера и метод IDEF1. Метод Баркера основан на нотации, предложенной автором, и используется в caseсредстве Oracle Designer. Метод IDEF1 основан на подходе Чена и позволяет построить модель данных, эквивалентную реляционной модели в третьей нормальной форме. На основе совершенствования метода IDEF1 создана его новая версия — метод IDEF1X, разработанный с учетом таких требований, как простота для изучения и возможность автоматизации. IDEF1Xдиаграммы используются в ряде распространенных CASE-средств (в частности, ERwin, Design/IDEF). В методе IDEF1X сущность является независимой от идентификаторов или просто независимой, если каждый экземпляр сущности может быть однозначно идентифицирован без определения его отношений с другими сущностями. Сущность называется зависимой от идентификаторов или просто зависимой, если однозначная идентификация экземпляра сущности зависит от его отношения к другой сущности (рис. 10.1, 10.2). Рис. 10.1. Независимые от идентификации сущности Рис. 10.2. Зависимые от идентификации сущности Каждой сущности присваиваются уникальные имя и номер, разделяемые косой чертой "/" и помещаемые над блоком. 164 Связь может дополнительно определяться с помощью указания степени или мощности (количества экземпляров сущности-потомка, которое может порождать каждый экземпляр сущности-родителя). В IDEF1X могут быть выражены следующие мощности связей: каждый экземпляр сущности-родителя может иметь ноль, один или более одного связанного с ним экземпляра сущности-потомка; каждый экземпляр сущности-родителя должен иметь не менее одного связанного с ним экземпляра сущности-потомка; каждый экземпляр сущности-родителя должен иметь не более одного связанного с ним экземпляра сущности-потомка; каждый экземпляр сущности-родителя связан с некоторым фиксированным числом экземпляров сущности-потомка. Если экземпляр сущности-потомка однозначно определяется своей связью с сущностью-родителем, то связь называется идентифицирующей, в противном случае — неидентифицирующей. Связь изображается линией, проводимой между сущностью-родителем и сущностью-потомком, с точкой на конце линии у сущности-потомка (рис. 10.3). Мощность связей может принимать следующие значения: N — ноль, один или более, Z — ноль или один, Р — один или более. По умолчанию мощность связей принимается равной N. Рис. 10.3. Графическое изображение мощности связи Идентифицирующая связь между сущностью-родителем и сущностью-потомком изображается сплошной линией. Сущность-потомок в идентифицирующей связи является зависимой от идентификатора сущностью. Сущность-родитель в идентифицирующей связи может быть как независимой, так и зависимой от идентификатора сущностью (это определяется ее связями с другими сущностями). Пунктирная линия изображает неидентифицирующую связь (рис. 10.4). Сущностьпотомок в неидентифицирующей связи будет не зависимой от идентификатора, если она не является также сущностью-потомком в какой-либо идентифицирующей связи. Атрибуты изображаются в виде списка имен внутри блока сущности. Атрибуты, определяющие первичный ключ, размещаются наверху списка и отделяются от других атрибутов горизонтальной чертой (рис. 10.4 ). Сущности могут иметь также внешние ключи (Foreign Key), которые могут использоваться в качестве части или целого первичного ключа или неключевого атрибута. Для обозначения внешнего ключа внутрь блока сущности помещают имена атрибутов, после которых следуют буквы FK в скобках (рис. 10.4). 165 Рис. 10.4. Неидентифицирующая связь Выводы по разделу 10.1 Цель моделирования данных состоит в обеспечении разработчика ИС концептуальной схемой базы данных в форме одной модели или нескольких локальных моделей, которые относительно легко могут быть отображены в любую систему баз данных. Сущность (Entity) — множество экземпляров реальных или абстрактных объектов (людей, событий, состояний, идей, предметов и др.), обладающих общими атрибутами или характеристиками. Связь (Relationship) — поименованная ассоциация между двумя сущностями, значимая для рассматриваемой предметной области. Атрибут (Attribute) — любая характеристика сущности, значимая для рассматриваемой предметной области и предназначенная для квалификации, идентификации, классификации, количественной характеристики или выражения состояния сущности. Наиболее распространенными методами для построения ERD-диаграмм являются метод Баркера и метод IDEF1. Теоретические вопросы по разделу 10.1 В чём состоит цель моделирования данных? Что такое сущность, атрибут, связь? Расскажите о методе IDEF1X. Раздел 10.2. Отображение модели данных в инструментальном средстве ERwin ERwin имеет два уровня представления модели — логический и физический. Логический уровень — это абстрактный взгляд на данные, когда данные представляются так, как выглядят в реальном мире, и могут называться так, как они называются в реальном мире, например "Постоянный клиент", "Отдел" или "Фамилия сотрудника". Объекты модели, представляемые на логическом уровне, называются сущностями и атрибутами. Логическая модель данных может быть построена на основе другой логической модели, например на основе модели процессов. Логическая модель данных является универсальной и никак не связана с конкретной реализацией СУБД. Физическая модель данных, напротив, зависит от конкретной СУБД, фактически являясь отображением системного каталога. В физической модели содержится информация обо всех объектах БД. Поскольку стандартов на объекты БД не существует (на- 166 пример, нет стандарта на типы данных), физическая модель зависит от конкретной реализации СУБД. Следовательно, одной и той же логической модели могут соответствовать несколько разных физических моделей. Если в логической модели не имеет значения, какой конкретно тип данных имеет атрибут, то в физической модели важно описать всю информацию о конкретных физических объектах — таблицах, колонках, индексах, процедурах и т.д. Документирование модели Многие СУБД имеют ограничение на именование объектов (например, ограничение на длину имени таблицы или запрет использования специальных символов — пробела и т. п.). Зачастую разработчики ИС имеют дело с нелокализованными версиями СУБД. Это означает, что объекты БД могут называться короткими словами, только латинскими символами и без использования специальных символов (т. е. нельзя назвать таблицу, используя предложение — ее можно назвать только одним словом). Кроме того, проектировщики БД нередко злоупотребляют "техническими" наименованиями, в результате таблица и колонки получают наименования типа RTD_324 или CUST_A12 и т.д. Полученную в результате структуру могут понять только специалисты (а чаще всего — только авторы модели), ее невозможно обсуждать с экспертами предметной области. Разделение модели на логическую и физическую позволяет решить эту проблему. На физическом уровне объекты БД могут называться так, как того требуют ограничения СУБД. На логическом уровне можно этим объектам дать синонимы — имена более понятные неспециалистам, в том числе на кириллице и с использованием специальных символов. Например, таблице CUST_A12 может соответствовать сущность Постоянный клиент. Такое соответствие позволяет лучше документировать модель и дает возможность обсуждать структуру данных с экспертами предметной области. Масштабирование Создание модели данных, как правило, начинается с разработки логической модели. После описания логической модели проектировщик может выбрать необходимую СУБД, и ERwin автоматически создаст соответствующую физическую модель. На основе физической модели ERwin может сгенерировать системный каталог СУБД или соответствующий SQL-скрипт. Этот процесс называется прямым проектированием (Forward Engineering). Тем самым достигается масштабируемость — создав одну логическую модель данных, можно сгенерировать физические модели под любую поддерживаемую ERwin СУБД. С другой стороны, ERwin способен по содержимому системного каталога или SQL-скрипту воссоздать физическую и логическую модель данных (Reverse Engineering). На основе полученной логической модели данных можно сгенерировать физическую модель для другой СУБД и затем создать ее системный каталог. Следовательно, ERwin позволяет решить задачу по переносу структуры данных с одного сервера на другой. Например, можно перенести структуру данных с Oracle на Informix (или наоборот) или перенести структуру dbf-файлов в реляционную СУБД, тем самым облегчив переход от файл-серверной к клиент-серверной ИС. Однако, формальный перенос структуры "плоских" таблиц на реляционную СУБД обычно неэффективен. Для того чтобы извлечь выгоды от перехода на клиент-серверную технологию, структуру данных следует модифицировать. Для переключения между логической и физической моделью данных служит список выбора в центральной части панели инструментов ERwin (рис. 10.5). Если при переключении физической модели еще не существует, она будет создана автоматически. 167 Рис. 10.5. Переключение между логической и физической моделью Интерфейс ERwin. Уровни отображения модели Интерфейс выполнен в стиле Windows-приложений, достаточно прост и интуитивно понятен. Рассмотрим кратко основные функции ERwin по отображению модели. Каждому уровню отображения модели соответствует своя палитра инструментов. На логическом уровне палитра инструментов имеет следующие кнопки: кнопку указателя (режим мыши) — в этом режиме можно установить фокус на каком-либо объекте модели; кнопку внесения сущности; кнопку категории (категория, или категориальная связь, — специальный тип связи между сущностями, которая будет рассмотрена ниже); кнопку внесения текстового блока; кнопку перенесения атрибутов внутри сущностей и между ними; кнопки создания связей: идентифицирующую, "многие-ко-многим" и неидентифицирующую. На физическом уровне палитра инструментов имеет: вместо кнопки категорий — кнопку внесения представлений (view); вместо кнопки связи "многие-ко-многим" — кнопку связей представлений. Для создания моделей данных в ERwin можно использовать две нотации: IDEF1X и IE (Information Engineering). В дальнейшем будет рассматриваться нотация IDEF1X. ERwin имеет несколько уровней отображения диаграммы: уровень сущностей, уровень атрибутов, уровень определений, уровень первичных ключей и уровень иконок. Переключиться между первыми тремя уровнями можно с использованием кнопок панели инструментов. Переключиться на другие уровни отображения можно при помощи контекстного меню, которое появляется, если "кликнуть" по любому месту диаграммы, не занятому объектами модели. В контекстном меню следует выбрать пункт Display Level (рис. 10.6) и затем — необходимый уровень отображения. 168 Рис. 10.6. Выбор уровней отображения диаграммы Выводы по разделу 10.2 ERwin имеет два уровня представления модели — логический и физический. Многие СУБД имеют ограничение на именование объектов. Создание модели данных, как правило, начинается с разработки логической модели. ERwin имеет несколько уровней отображения диаграммы: уровень сущностей, уровень атрибутов, уровень определений, уровень первичных ключей и уровень иконок. Теоретические вопросы по разделу 10.2 Сколько уровней представления моделей есть в ERWin? Что такое логическая модель данных? Что такое физическая модель данных? Расскажите о документировании моделей? Что подразумевают под масштабированием? Раздел 10.3. Создание логической модели данных Уровни логической модели Различают три уровня логической модели, отличающихся по глубине представления информации о данных: диаграмма сущность-связь (Entity Relationship Diagram, ERD); модель данных, основанная на ключах (Key Based model, KB); полная атрибутивная модель (Fully Attributed model, FA). Диаграмма сущность-связь представляет собой модель данных верхнего уровня. Она включает сущности и взаимосвязи, отражающие основные бизнес-правила предметной области. Такая диаграмма не слишком детализирована, в нее включаются основные сущности и связи между ними, которые удовлетворяют основным требованиям, предъяв- 169 ляемым к ИС. Диаграмма сущность-связь может включать связи "многие-ко-многим" и не включать описание ключей. Как правило, ERD используется для презентаций и обсуждения структуры данных с экспертами предметной области. Модель данных, основанная на ключах, — более подробное представление данных. Она включает описание всех сущностей и первичных ключей и предназначена для представления структуры данных и ключей, которые соответствуют предметной области. Полная атрибутивная модель — наиболее детальное представление структуры данных: представляет данные в третьей нормальной форме и включает все сущности, атрибуты и связи. Сущности и атрибуты Основные компоненты диаграммы ERwin — это сущности, атрибуты и связи. Каждая сущность является множеством подобных индивидуальных объектов, называемых экземплярами. Каждый экземпляр индивидуален и должен отличаться от всех остальных экземпляров. Атрибут выражает определенное свойство объекта. С точки зрения БД (физическая модель) сущности соответствует таблица, экземпляру сущности — строка в таблице, а атрибуту — колонка таблицы. Построение модели данных предполагает определение сущностей и атрибутов, т. е. необходимо определить, какая информация будет храниться в конкретной сущности или атрибуте. Сущность можно определить как объект, событие или концепцию, информация о которых должна сохраняться. сущности должны иметь наименование с четким смысловым значением, именоваться существительным в единственном числе, не носить "технических" наименований и быть достаточно важными для того, чтобы их моделировать. Именование сущности в единственном числе облегчает в дальнейшем чтение модели. Фактически имя сущности дается по имени ее экземпляра. Примером может быть сущности Заказчик (но не Заказчики!) с атрибутами Номер заказчика, Фамилия заказчика и Адрес заказчика. На уровне физической модели ей может соответствовать таблица Customer с колонками Customer_number, Customer_name и Customer_address. Каждая сущность должна быть полностью определена с помощью текстового описания. Для внесения дополнительных комментариев и определений к сущности служат свойства, определенные пользователем (UDP). Использование (UDP) аналогично их использованию в BPwin. Как было указано выше, каждый атрибут хранит информацию об определенном свойстве сущности, а каждый экземпляр сущности должен быть уникальным. Атрибут или группа атрибутов, которые идентифицируют сущность, называется первичным ключом. Очень важно дать атрибуту правильное имя. Атрибуты должны именоваться в единственном числе и иметь четкое смысловое значение. Соблюдение этого правила позволяет частично решить проблему нормализации данных уже на этапе определения атрибутов. Например, создание в сущности Сотрудник атрибута Телефоны сотрудника противоречит требованиям нормализации, поскольку атрибут должен быть атомарным, т. е. не содержать множественных значений. Согласно синтаксису IDEFIX имя атрибута должно быть уникально в рамках модели (а не только в рамках сущности!). По умолчанию при попытке внесения уже существующего имени атрибута ERwin переименовывает его. Каждый атрибут должен быть определен, при этом следует избегать циклических определений, например, когда термин 1 определяется через термин 2, термин 2 — через термин 3, а термин 3 в свою очередь — через термин 1. Часто приходится создавать производные атрибуты, т. е. атрибуты, значение которых можно вычислить из других атрибутов. Примером производного атрибута может служить Возраст сотрудника, который может быть вычислен из атрибута Дата рождения сотрудника. Такой атрибут может привести к конфликтам; действительно, если вовремя не обновить значение атрибута Возраст сотрудника, он может противоречить значению атрибута Дата рождения сотрудника. 170 Производные атрибуты — ошибка нормализации, однако их вводят для повышения производительности системы, чтобы не проводить вычисления, которые на практике могут быть сложными. Связи Связь является логическим соотношением между сущностями. Каждая связь должна именоваться глаголом или глагольной фразой. Имя связи выражает некоторое ограничение или бизнес-правило и облегчает чтение диаграммы. По умолчанию имя связи на диаграмме не показывается. На логическом уровне можно установить идентифицирующую связь "один-ко-многим", связь "многие-ко-многим" и неидентифицирующую связь "один-ко-многим". В IDEF1X различают зависимые и независимые сущности. Тип сущности определяется ее связью с другими сущностями. Идентифицирующая связь устанавливается между независимой (родительский конец связи) и зависимой (дочерний конец связи) сущностями. Когда рисуется идентифицирующая связь, ERwin автоматически преобразует дочернюю сущность в зависимую. Зависимая сущность изображается прямоугольником со скругленными углами. Экземпляр зависимой сущности определяется только через отношение к родительской сущности. При установлении идентифицирующей связи атрибуты первичного ключа родительской сущности автоматически переносятся в состав первичного ключа дочерней сущности. Эта операция дополнения атрибутов дочерней сущности при создании связи называется миграцией атрибутов. В дочерней сущности новые атрибуты помечаются как внешний ключ — FK. При установлении неидентифицирующей связи дочерняя сущность остается независимой, а атрибуты первичного ключа родительской сущности мигрируют в состав неключевых компонентов родительской сущности. Неидентифицирующая связь служит для связывания независимых сущностей. Идентифицирующая связь показывается на диаграмме сплошной линией с жирной точкой на дочернем конце связи, неидентифицирующая – пунктирной (см. рис. 10.6). Мощность связей (Cardinality) — служит для обозначения отношения числа экземпляров родительской сущности к числу экземпляров дочерней. Различают четыре типа сущности: общий случай, когда одному экземпляру родительской сущности соответствуют 0, 1 или много экземпляров дочерней сущности; не помечается каким-либо символом; символом Р помечается случай, когда одному экземпляру родительской сущности соответствуют 1 или много экземпляров дочерней сущности (исключено нулевое значение); символом Z помечается случай, когда одному экземпляру родительской сущности соответствуют 0 или 1 экземпляр дочерней сущности (исключены множественные значения); цифрой помечается случай точного соответствия, когда одному экземпляру родительской сущности соответствует заранее заданное число экземпляров дочерней сущности. Имя связи (Verb Phrase) — фраза, характеризующая отношение между родительской и дочерней сущностями. Для связи "один-ко-многим", идентифицирующей или неидентифицирующей, достаточно указать имя, характеризующее отношение от родительской к дочерней сущности (Parent-to-Child). Для связи многие-ко-многим следует указывать имена как Parent-to-Child, так и Child-to-Parent. 171 Типы сущностей и иерархия наследования Как было указано выше, связи определяют, является ли сущность независимой или зависимой. Различают несколько типов зависимых сущностей. Характеристическая — зависимая дочерняя сущность, которая связана только с одной родительской и по смыслу хранит информацию о характеристиках родительской сущности (рис. 10.7). Рис. 10.7. Пример характеристической сущности "Хобби" Ассоциативная — сущность, связанная с несколькими родительскими сущностями. Такая сущность содержит информацию о связях сущностей. Именующая — частный случай ассоциативной сущности, не имеющей собственных атрибутов (только атрибуты родительских сущностей, мигрировавших в качестве внешнего ключа). Категориальная — дочерняя сущность в иерархии наследования. Иерархия наследования (или иерархия категорий) представляет собой особый тип объединения сущностей, которые разделяют общие характеристики. Например, в организации работают служащие, занятые полный рабочий день (постоянные служащие), и совместители. Из их общих свойств можно сформировать обобщенную сущность (родовой предок) Сотрудник (рис. 10.8), чтобы представить информацию, общую для всех типов служащих. Специфическая для каждого типа информация может быть расположена в категориальных сущностях (потомках) Постоянный сотрудник и Совместитель. Обычно иерархию наследования создают, когда несколько сущностей имеют общие по смыслу атрибуты, либо когда сущности имеют общие по смыслу связи (например, если бы Постоянный сотрудник и Совместитель имели сходную по смыслу связь "работает в" с сущностью Организация), либо когда это диктуется бизнес-правилами. Для каждой категории можно указать дискриминатор — атрибут родового предка, который показывает, как отличить одну категориальную сущность от другой (атрибут Тип на рис. 10.8). Рис. 10.8. Иерархия наследования. Неполная категория Иерархии категорий делятся на два типа — полные и неполные. В полной категории одному экземпляру родового предка (сущность Служащий, рис. 10.9) обязательно со- 172 ответствует экземпляр в каком-либо потомке, т. е. в примере служащий обязательно является либо совместителем, либо консультантом, либо постоянным сотрудником. Рис. 10.9. Иерархия наследования. Полная категория Если категория еще не выстроена полностью и в родовом предке могут существовать экземпляры, которые не имеют соответствующих экземпляров в потомках, то такая категория будет неполной. На рис. 10.8 показана неполная категория — сотрудник может быть не только постоянным или совместителем, но и консультантом, однако сущность Консультант еще не внесена в иерархию наследования. Ключи Как было сказано выше, каждый экземпляр сущности должен быть уникален и должен отличаться от других атрибутов. Первичный ключ (primary key) — это атрибут или группа атрибутов, однозначно идентифицирующая экземпляр сущности. атрибуты первичного ключа на диаграмме не требуют специального обозначения — это те атрибуты, которые находятся в списке атрибутов выше горизонтальной линии (см., например, рис. 10.9). В одной сущности могут оказаться несколько атрибутов или наборов атрибутов, претендующих на роль первичного ключа. Такие претенденты называются потенциальными ключами (candidate key). Ключи могут быть сложными, т. е. содержащими несколько атрибутов. Сложные первичные ключи не требуют специального обозначения — это список атрибутов, расположенных выше горизонтальной линии. Рассмотрим кандидатов на роль первичного ключа сущности Сотрудник (рис. 10.10). Рис. 10.10. Определение первичного ключа для сущности "Сотрудник" 173 Здесь можно выделить следующие потенциальные ключи: 1. Табельный номер; 2. Номер паспорта; 3. Фамилия + Имя + Отчество. Для того чтобы стать первичным, потенциальный ключ должен удовлетворять ряду требований: Уникальность. Два экземпляра не должны иметь одинаковых значений возможного ключа. потенциальный ключ № 3 (Фамилия + Имя + Отчество) является плохим кандидатом, поскольку в организации могут работать полные тезки. Компактность. Сложный возможный ключ не должен содержать ни одного атрибута, удаление которого не приводило бы к утрате уникальности. Для обеспечения уникальности ключа № 3 дополним его атрибутами Дата рождения и Цвет волос. Если бизнес-правила говорят, что сочетания атрибутов Фамилия + Имя + Отчество + Дата рождения достаточно для однозначной идентификации сотрудника, то Цвет волос оказывается лишним, т. е. ключ Фамилия + Имя + Отчество + Дата рождения + Цвет волос не является компактным. При выборе первичного ключа предпочтение должно отдаваться более простым ключам, т. е. ключам, содержащим меньшее количество атрибутов. В приведенном примере ключи № 1 и 2 предпочтительней ключа № 3. Атрибуты ключа не должны содержать нулевых значений. Значение атрибутов ключа не должно меняться в течение всего времени существования экземпляра сущности. Сотрудница организации может выйти замуж и сменить как фамилию, так и паспорт. Поэтому ключи № 2 и 3 не подходят на роль первичного ключа. Каждая сущность должна иметь по крайней мере один потенциальный ключ. Многие сущности имеют только один потенциальный ключ. Такой ключ становится первичным. Некоторые сущности могут иметь более одного возможного ключа. Тогда один из них становится первичным, а остальные — альтернативными ключами. Альтернативный ключ (Alternate Key) — это потенциальный ключ, не ставший первичным. Нормализация данных Нормализация данных — процесс проверки и реорганизации сущностей и атрибутов с целью удовлетворения требований к реляционной модели данных. Нормализация позволяет быть уверенным, что каждый атрибут определен для своей сущности, а также значительно сократить объем памяти для хранения информации и устранить аномалии в организации хранения данных. В результате проведения нормализации должна быть создана структура данных, при которой информация о каждом факте хранится только в одном месте. Процесс нормализации сводится к последовательному приведению структуры данных к нормальным формам — формализованным требованиям к организации данных. Известны шесть нормальных форм. На практике обычно ограничиваются приведением данных к третьей нормальной форме. ERwin не содержит полного алгоритма нормализации и не может проводить нормализацию автоматически, однако его возможности облегчают создание нормализованной модели данных. Запрет на присвоение неуникальных имен атрибутов в рамках модели (при соответствующей установке опции Unique Name) облегчает соблюдение правила 174 "один факт — в одном месте". Имена ролей атрибутов внешних ключей и унификация атрибутов также облегчают построение нормализованной модели. Домены Домен можно определить как совокупность значений, из которых берутся значения атрибутов. Каждый атрибут может быть определен только на одном домене, но на каждом домене может быть определено множество атрибутов. В понятие домена входит не только тип данных, но и область значений данных. Например, можно определить домен "Возраст" как положительное целое число и определить атрибут Возраст сотрудника как принадлежащий этому домену. В ERwin домен может быть определен только один раз и использоваться как в логической, так и в физической модели. Домены позволяют облегчить работу с данными как разработчикам на этапе проектирования, так и администраторам БД на этапе эксплуатации системы. На логическом уровне домены можно описать без конкретных физических свойств. На физическом уровне они автоматически получают специфические свойства, которые можно изменить вручную. Так, домен "Возраст" может иметь на логическом уровне тип Number, на физическом уровне колонкам домена будет присвоен тип INTEGER. Каждый домен может быть описан, снабжен комментарием или свойством, определенным пользователем (UDP). Выводы по разделу 10.3 Различают три уровня логической модели, отличающихся по глубине представления информации о данных Основные компоненты диаграммы ERwin — это сущности, атрибуты и связи. Первичный ключ (primary key) — это атрибут или группа атрибутов, однозначно идентифицирующая экземпляр сущности Нормализация данных — процесс проверки и реорганизации сущностей и атрибутов с целью удовлетворения требований к реляционной модели данных. Домен можно определить как совокупность значений, из которых берутся значения атрибутов Теоретические вопросы по разделу 10.3 Назовите уровни логической модели данных. Что такое мощность связей? Что такое имя связи? Расскажите о типах сущностей и иерархиях наследования? Что такое ключ? Опишите процесс нормализации данных? Цель использования доменов? 175 Раздел 10.4. Создание физической модели данных Физическая модель содержит всю информацию, необходимую для реализации конкретной БД. Различают два уровня физической модели: трансформационную модель; модель СУБД. Трансформационная модель содержит информацию для реализации отдельного проекта, который может быть частью общей ИС и описывать подмножество предметной области. Данная модель позволяет проектировщикам и администраторам БД лучше представить, какие объекты БД хранятся в словаре данных, и проверить, насколько физическая модель удовлетворяет требованиям к ИС. Модель СУБД автоматически генерируется из трансформационной модели и является точным отображением системного каталога СУБД. Физический уровень представления модели зависит от выбранного сервера. ERwin поддерживает более 20 реляционных и нереляционных БД. По умолчанию ERwin генерирует имена таблиц и индексов по шаблону на основе имен соответствующих сущностей и ключей логической модели, которые в дальнейшем могут быть откорректированы вручную. Имена таблиц и колонок будут сгенерированы по умолчанию на основе имен сущностей и атрибутов логической модели. Правила валидации и значения по умолчанию ERwin поддерживает правила валидации для колонок, а также значение, присваиваемое колонкам по умолчанию. Правило валидации задает список допустимых значений для конкретной колонки и/или правила проверки допустимых значений. В список допустимых значений можно вносить новые значения. ERwin позволяет сгенерировать правила валидации соответственно синтаксису выбранной СУБД с учетом границ диапазона или списка значений. Значение по умолчанию – значение, которое нужно ввести в колонку, если никакое другое значение не задано явным образом во время ввода данных. С каждой колонкой или доменом можно связать значение по умолчанию. Список значений можно редактировать. После создания правила валидации и значения по умолчанию их можно присвоить одной или нескольким колонкам или доменами. Индексы В БД данные обычно хранятся в том порядке, в котором их ввели в таблицу. Многие реляционные СУБД имеют страничную организацию, при которой таблица может храниться фрагментарно в разных областях диска, причем строки таблицы располагаются на страницах неупорядоченно. Такой способ позволяет быстро вводить новые данные, но затрудняет поиск данных. Чтобы решить проблему поиска, СУБД используют объекты, называемые индексами. Индекс содержит отсортированную по колонке или нескольким колонкам информацию и указывает на строки, в которых хранится конкретное значение колонки. Поскольку значения в индексе хранятся в определенном порядке, при поиске просматривать нужно значительно меньший объем данных, что существенно уменьшает время выполнения запроса. Индекс рекомендуется создавать для тех колонок, по которым часто производится поиск. 176 При генерации схемы физической БД ERwin автоматически создает индекс на основе первичного ключа каждой таблицы, а также на основе всех альтернативных ключей и внешних ключей, поскольку эти колонки наиболее часто используются для поиска данных. Можно отказаться от генерации индексов по умолчанию и создать собственные индексы. Для увеличения эффективности поиска администратор БД должен анализировать часто выполняемые запросы и на основе анализа создавать собственные индексы. Триггеры и хранимые процедуры Триггеры и хранимые процедуры – это именованные блоки кода SQL, которые заранее откомпилированы и хранятся на сервере для того, чтобы быстро производить обработку запросов, валидацию данных и другие часто выполняемые функции. Хранение и выполнение кода на сервере позволяет создавать код только один раз, а не в каждом приложении, работающем с БД. Это экономит время при написании и сопровождении программ. При этом гарантируется, что целостность данных и бизнес-правила поддерживаются независимо от того, какое именно клиентское приложение обращается к данным. Триггеры и хранимые процедуры не требуется пересылать по сети из клиентского приложения, что значительно снижает сетевой трафик. Хранимой процедурой называется именованный набор предварительно откомпилированных команд SQL, который может вызываться из клиентского приложения или из другой хранимой процедуры. Триггером называется процедура, которая выполняется автоматически как реакция на событие. Таким событием может быть вставка, изменение или удаление строки в существующей таблице. Триггер сообщает СУБД, какие действия нужно выполнить при выполнении команд SQL INSERT, UPDATE или DELETE для обеспечения дополнительной функциональности, выполняемой на сервере. Триггер ссылочной целостности – это особый вид триггера, используемый для поддержания целостности между двумя таблицами, которые связаны между собой. Если строка в одной таблице вставляется, изменяется или удаляется, то триггер ссылочной целостности сообщает СУБД, что нужно делать с теми строками в других таблицах, у которых значение внешнего ключа совпадает со значением первичного ключа вставленной строки (измененной или удаленной строки). Для генерации триггеров ERwin использует механизм шаблонов – специальных скриптов, использующих макрокоманды. При генерации кода триггера вместо макрокоманд подставляются имена таблиц, колонок, переменные и другие фрагменты кода, соответствующие синтаксису выбранной СУБД. Шаблоны триггеров ссылочной целостности, генерируемые ERwin по умолчанию, можно изменять. Для создания и редактирования хранимых процедур ERwin располагает специальными редакторами, аналогичными редакторам, используемым для создания триггеров. В отличие от триггера хранимая процедура не выполняется в ответ на какое-то событие, а вызывается из другой программы, которая передает на сервер имя процедуры. Хранимая процедура более гибкая, чем триггер, поскольку может вызывать другие хранимые процедуры. Ей можно передавать параметры, и она может возвращать параметры, значения и сообщения. Проектирование хранилищ данных В хранилища данных помещают данные, которые редко меняются. Хранилища ориентированы на выполнение аналитических запросов, обеспечивающих поддержку принятия решений для руководителей и менеджеров. При проектировании хранилищ данных необходимо выполнять следующие требования: 177 хранилище должно иметь понятную для пользователей структуру данных; должны быть выделены статические данные, которые модифицируются по расписанию (ежедневно, еженедельно, ежеквартально); должны быть упрощены требования к запросам для исключения запросов, требующих множественных утверждений SQL в традиционных реляционных СУБД; должна обеспечиваться поддержка сложных запросов SQL, требующих обработки миллионов записей. Как видно из этих требований, по своей структуре реляционные СУБД существенно отличаются от хранилищ данных. Нормализация данных в реляционных СУБД приводит к созданию множества связанных между собой таблиц. Выполнение сложных запросов неизбежно приводит к объединению многих таблиц, что значительно увеличивает время отклика. Проектирование хранилища данных подразумевает создание денормализованной структуры данных, ориентированных в первую очередь на высокую производительность при выполнении аналитических запросов. Нормализация делает модель хранилища слишком сложной, затрудняет ее понимание и снижает скорость выполнения запроса. Для эффективного проектирования хранилищ данных ERwin использует размерную модель – методологию проектирования, предназначенную специально для разработки хранилищ данных. Размерное моделирование сходно с моделированием связей и сущностей для реляционной модели, но имеет другую цель. Реляционная модель акцентируется на целостности и эффективности ввода данных. Размерная модель ориентирована в первую очередь на выполнение сложных запросов В размерном моделировании принят стандарт модели, называемый схемой "звезда", которая обеспечивает высокую скорость выполнения запроса посредством денормализации и разделения данных. Невозможно создать универсальную структуру данных, обеспечивающую высокую скорость обработки любого запроса, поэтому схема "звезда" строится для обеспечения наивысшей производительности при выполнении самого важного запроса (или группы запросов). Схема "звезда" обычно содержит одну большую таблицу, называемую таблицей факта, помещенную в центре. Ее окружают меньшие таблицы, называемые таблицами размерности, которые связаны с таблицей факта радиальными связями. Для создания БД со схемой "звезда" необходимо проанализировать бизнес-правила предметной области для выяснения центрального запроса. Данные, обеспечивающие выполнение этого запроса, должны быть помещены в центральную таблицу. При проектировании хранилища важно определить источник данных, метод, которым данные извлекаются, преобразуются и фильтруются, прежде чем они импортируются в хранилище. Знания об источнике данных позволяют поддерживать регулярное обновление и проверку качества данных. Вычисление размера БД ERwin позволяет рассчитать приблизительный размер БД в целом, а также таблиц, индексов и других объектов через определенный период времени после начала эксплуатации ИС. Расчет строится на основе следующих параметров: начальное количество строк; максимальное количество строк; прирост количества строк в месяц. Результаты расчетов сводятся в отчет. Выводы по разделу 10.4 178 Физическая модель содержит всю информацию, необходимую для реализации конкретной БД. ERwin поддерживает правила валидации для колонок, а также значение, присваиваемое колонкам по умолчанию. Индекс содержит отсортированную по колонке или нескольким колонкам информацию и указывает на строки, в которых хранится конкретное значение колонки. Триггеры и хранимые процедуры – это именованные блоки кода SQL, которые заранее откомпилированы и хранятся на сервере для того, чтобы быстро производить обработку запросов, валидацию данных и другие часто выполняемые функции. Теоретические вопросы по разделу 10.4 Сколько уровней содержит физическая модель? Расскажите о них. Расскажите о правилах валидации и значениях по умолчанию. Расскажите об индексах, триггерах и хранимых процедурах. Требования, предъявляемые к проектированию хранилищ данных? Раздел 10.5. Прямое и обратное проектирование Прямым проектированием называется процесс генерации физической схемы БД из логической модели. При генерации физической схемы ERwin включает триггеры ссылочной целостности, хранимые процедуры, индексы, ограничения и другие возможности, доступные при определении таблиц в выбранной СУБД. Обратным проектированием называется процесс генерации логической модели из физической БД. Обратное проектирование позволяет конвертировать БД из одной СУБД в другую. После создания логической модели БД путем обратного проектирования можно переключиться на другой сервер и произвести прямое проектирование. Кроме режима прямого и обратного проектирования программа обеспечивает синхронизацию между логической моделью и системным каталогом СУБД на протяжении всего жизненного цикла создания ИС. Генерация кода клиентской части с помощью ERwin Расширенные атрибуты ERwin поддерживает не только проектирование сервера БД, но и автоматическую генерацию клиентского приложения в средах разработки MS Visual Basic и Power Builder. Технология генерации состоит в том, что на этапе разработки физической модели данных каждой колонке присваиваются расширенные атрибуты, содержащие информацию о свойствах объектов клиентского приложения (в том числе и визуальных), которые будут отображать информацию, хранящуюся в соответствующей колонке. Эта информация записывается в файле модели. На основе информации, содержащейся в расширенных атрибутах, генерируются экранные формы. Полученный код может быть откомпилирован и выполнен без дополнительного ручного кодирования. Каждой колонке в модели ERwin можно задать предварительно описанные и именованные свойства: правила валидации (проверка значений); 179 начальные значения, устанавливаемые по умолчанию; стиль визуального объекта (например, радиокнопка, поле ввода и др.); формат изображения. Для описания каждого свойства ERwin содержит соответствующие редакторы. Генерация кода в Visual Basic ERwin поддерживает генерацию кода в Visual Basic версий 4.0 и 5.0. В качестве источника информации при генерации форм служит модель ERwin. С помощью ERwin можно одновременно описывать как клиентскую часть (объекты, отображающие данные на экране), так и сервер БД (процедуры и триггеры), тем самым оптимально распределяя функциональность ИС между клиентской и серверной частью. Компонент ERwin Form Wizard автоматически проектирует формы с дочерними объектами – кнопками, списками, полями, радиокнопками и т. д., используя расширенные атрибуты. Совместное использование ERwin и Visual Basic позволяет сократить жизненный цикл разработки ИС путем употребления для каждой задачи наиболее эффективного инструмента. Visual Basic может быть использован для проектирования визуального интерфейса, а ERwin – для разработки физической и логической модели данных с последующей генерацией системного каталога сервера. Если БД уже существует, то с помощью ERwin можно провести обратное проектирование, полученную модель дополнить расширенными атрибутами и сгенерировать клиентское приложение. Создание отчетов Для генерации отчетов в ERwin имеется простой и эффективный инструмент – Report Browser. По умолчанию Report Browser содержит предварительно определенные отчеты, позволяющие наглядно представить информацию об основных объектах модели данных – как логической, так и физической. С помощью специального редактора существующие отчеты можно изменить или создать собственный отчет. Каждый отчет может быть настроен индивидуально, данные в нем могут быть отсортированы и отфильтрованы. Browser Report позволяет сохранять результаты выполнения отчетов, печатать и экспортировать их в распространенные форматы. Генерация словарей Для управления большими проектами ERwin имеет специальный инструмент – ERwin Dictionary, который обеспечивает коллективную работу над диаграммами и позволяет сохранять и документировать различные версии моделей данных. ERwin Dictionary представляет собой специальную БД, которая позволяет решить проблемы документирования и хранения моделей, однако не полностью отвечает требованиям многопользовательской работы. Выводы по разделу 10.5 Прямым проектированием называется процесс генерации физической схемы БД из логической модели. Обратным проектированием называется процесс генерации логической модели из физической БД. 180 ERwin поддерживает не только проектирование сервера БД, но и автоматическую генерацию клиентского приложения в средах разработки MS Visual Basic и Power Builder. Для генерации отчетов в ERwin имеется простой и эффективный инструмент – Report Browser. Теоретические вопросы по разделу 10.5 Что такое прямое проектирование? Что такое обратное проектирование? Как сгенерировать код клиентской части с помощью ERWin? Выводы по теме 10 Цель моделирования данных состоит в обеспечении разработчика ИС концептуальной схемой базы данных в форме одной модели или нескольких локальных моделей, которые относительно легко могут быть отображены в любую систему баз данных. Сущность (Entity) — множество экземпляров реальных или абстрактных объектов (людей, событий, состояний, идей, предметов и др.), обладающих общими атрибутами или характеристиками. Связь (Relationship) — поименованная ассоциация между двумя сущностями, значимая для рассматриваемой предметной области. Атрибут (Attribute) — любая характеристика сущности, значимая для рассматриваемой предметной области и предназначенная для квалификации, идентификации, классификации, количественной характеристики или выражения состояния сущности. Наиболее распространенными методами для построения ERD-диаграмм являются метод Баркера и метод IDEF1. ERwin имеет два уровня представления модели — логический и физический. Многие СУБД имеют ограничение на именование объектов. Создание модели данных, как правило, начинается с разработки логической модели. ERwin имеет несколько уровней отображения диаграммы: уровень сущностей, уровень атрибутов, уровень определений, уровень первичных ключей и уровень иконок. Различают три уровня логической модели, отличающихся по глубине представления информации о данных Основные компоненты диаграммы ERwin — это сущности, атрибуты и связи. Первичный ключ (primary key) — это атрибут или группа атрибутов, однозначно идентифицирующая экземпляр сущности Нормализация данных — процесс проверки и реорганизации сущностей и атрибутов с целью удовлетворения требований к реляционной модели данных. Домен можно определить как совокупность значений, из которых берутся значения атрибутов Физическая модель содержит всю информацию, необходимую для реализации конкретной БД. ERwin поддерживает правила валидации для колонок, а также значение, присваиваемое колонкам по умолчанию. Индекс содержит отсортированную по колонке или нескольким колонкам информацию и указывает на строки, в которых хранится конкретное значение колонки. 181 Триггеры и хранимые процедуры – это именованные блоки кода SQL, которые заранее откомпилированы и хранятся на сервере для того, чтобы быстро производить обработку запросов, валидацию данных и другие часто выполняемые функции. Прямым проектированием называется процесс генерации физической схемы БД из логической модели. Обратным проектированием называется процесс генерации логической модели из физической БД. ERwin поддерживает не только проектирование сервера БД, но и автоматическую генерацию клиентского приложения в средах разработки MS Visual Basic и Power Builder. Для генерации отчетов в ERwin имеется простой и эффективный инструмент – Report Browser. Прямым проектированием называется процесс генерации физической схемы БД из логической модели. Обратным проектированием называется процесс генерации логической модели из физической БД. ERwin поддерживает не только проектирование сервера БД, но и автоматическую генерацию клиентского приложения в средах разработки MS Visual Basic и Power Builder. Для генерации отчетов в ERwin имеется простой и эффективный инструмент – Report Browser. Теоретические вопросы по теме 10 Что такое классификация? Что такое классификатор? Свойства системы классификации? Что такое фасетный метод? Поясните правила классификации продукции Как происходит кодирование технико-экономической информации? Дайте понятие унифицированной системы документов. Что включает в себя внутримашинное информационное обеспечение? Что такое электронная форма документа? Назовите шаги проектирования форм электронных документов. Что такое информационная база? Сколько уровней представления моделей есть в ERWin? Что такое логическая модель данных? Что такое физическая модель данных? Расскажите о документировании моделей? Что подразумевают под масштабированием? Назовите уровни логической модели данных. Что такое мощность связей? Что такое имя связи? Расскажите о типах сущностей и иерархиях наследования? Что такое ключ? Опишите процесс нормализации данных? Цель использования доменов? Сколько уровней содержит физическая модель? Расскажите о них. Расскажите о правилах валидации и значениях по умолчанию. Расскажите об индексах, триггерах и хранимых процедурах. Требования, предъявляемые к проектированию хранилищ данных? Что такое прямое проектирование? Что такое обратное проектирование? 182 Как сгенерировать код клиентской части с помощью ERWin? 183 Лекция 11 Тема 11. Унифицированный язык визуального моделирования Unified Modeling Language (UML) Раздел 11.1. Назначение языка UML - унифицированный язык моделирования. Из этих трех слов главным является слово " язык ". Что же такое язык? Не будем изобретать велосипед, а лучше заглянем в глоссарий, благо в Интернете их величайшее множество. Сделав это, мы, скорее всего, обнаружим определение, подобное приведенному ниже. Язык - система знаков, служащая: средством человеческого общения и мыслительной деятельности; способом выражения самосознания личности; средством хранения и передачи информации. Язык включает в себя набор знаков (словарь) и правила их употребления и интерпретации (грамматику). К этому достаточно исчерпывающему определению нужно добавить, что языки бывают естественные и искусственные, формальные и неформальные. UML - язык формальный и искусственный, хотя, как мы увидим далее, этот ярлык к нему не совсем подходит. Искусственный он потому, что у него имеются авторы, о которых мы еще не раз упомянем в дальнейшем (в то же время, развитие UML непрерывно продолжается, что ставит его в один ряд с естественными языками). Формальным его можно назвать, поскольку имеются правила его употребления (правда, описание UML содержит и явно неформальные элементы, как мы, опять-таки, позже увидим). Еще один нюанс: UML - язык графический, что также немного путает ситуацию! При описании формального искусственного языка, что мы уже видели на примерах описания языков программирования, как правило, описываются такие его элементы, как: 1. синтаксис, то есть определение правил построения конструкций языка; 2. семантика, то есть определение правил, в соответствии с которыми конструкции языка приобретают смысловое значение; 3. прагматика, то есть определение правил использования конструкций языка для достижения нужных нам целей. Естественно, UML включает все эти элементы, хотя, как мы опять-таки увидим далее, в их описании тоже наблюдаются отличия от правил, принятых в языках программирования. Второе слово во фразе, которой расшифровывается аббревиатура UML, - слово "моделирование". Да, UML - это язык моделирования. Причем объектноориентированного моделирования. Более подробно о смысле понятия "моделирование" мы поговорим чуть позже, а пока отметим, что слово это весьма многозначно. В английском языке есть целых два слова - modeling и simulation, которые оба переводятся как "моделирование", хотя означают разные понятия. Modeling подразумевает создание модели, лишь описывающей объект, а simulation предполагает получение с помощью созданной модели некоторой дополнительной информации об объекте. UML в первую очередь язык моделирования именно в первом смысле, то есть средство построения описательных моделей. Как средство симулирования его тоже можно использовать, хотя для этой роли он подходит не так хорошо. 184 Третье слово в названии UML - слово " унифицированный ". Его можно понимать тоже неоднозначно. В литературе можно встретить описание эры "до UML" как "войны методов" моделирования, ни один из которых "не дотягивал" до уровня индустриального стандарта. UML как раз и стал таким единым универсальным стандартом для объектноориентированного моделирования, которое во времена его создания как раз "вошло в моду". "Единым" языком моделирования UML можно назвать еще и потому, что в его создании, как мы увидим далее, объединились усилия авторов трех наиболее популярных методов моделирования (и не только их). Подводя итоги, кратко можно сказать, что UML - искусственный язык, который имеет некоторые черты естественного языка, и формальный язык, который имеет черты неформального. Это звучит не очень понятно, но это действительно так! Раздел 11.2. Историческая справка Откуда взялся The UML? Если говорить коротко, то UML вобрал в себя черты нотаций Грейди Буча (Grady Booch), Джима Румбаха (Jim Rumbaugh), Айвара Якобсона (Ivar Jacobson) и многих других. В не такие уж и далекие 80-е годы было множество различных методологий моделирования. Каждая из них имела свои достоинства и недостатки, а также свою нотацию. То смутное время получило название "войны методов". Проблема в том, что разные люди использовали разные нотации, и для того чтобы понять, что описывает та или иная диаграмма, зачастую требовался "переводчик". Один и тот же символ мог означать в разных нотациях абсолютно разные вещи! На рисунке ниже можно увидеть лишь малую часть многообразия методов, которые существовали в то время и в какой-то мере повлияли на UML (рис. 11.1). Рис. 11.1. К тому же примерно в это же время (начало 80-х) стартовала "объектноориентированная эра". Все началось с появлением семейства языков программирования SmallTalk, которые применяли некоторые понятия языка Simula-67, использовавшегося в 60-х годах. Появление объектно-ориентированного подхода в первую очередь было обусловлено увеличением сложности задач. Объектно-ориентированный подход внес достаточно радикальные изменения в сами принципы создания и функционирования программ, но, в то же время, позволил существенно повысить производительность труда программистов, по-иному взглянуть на проблемы и методы их решения, сделать программы более компактными и легко расширяемыми. Как результат, языки, первоначально ориентированные на традиционный подход к программированию, получили ряд объектноориенти- 185 рованных расширений. Одной из первых, в середине 80-х, была фирма Apple со своим проектом Object Pascal. Кроме этого, объектно-ориентированный подход породил мощную волну и абсолютно новых программных технологий, вершинами которой стали такие общепризнанные сегодня платформы, как Microsoft .NET Framework и Sun Java. Но самое главное, что появление ООП требовало удобного инструмента для моделирования, единой нотации для описания сложных программных систем. И вот "три амиго", три крупнейших специалиста, три автора наиболее популярных методов решили объединить свои разработки. В 1991-м каждый из "трех амиго" начал с написания книги, в которой изложил свой метод ООАП. Каждая методология была по-своему хороша, но каждая имела и недостатки. Так, метод Буча был хорош в проектировании, но слабоват в анализе. OMT Румбаха был, наоборот, отличным средством анализа, но плох в проектировании. И наконец, Objectory Якобсона был действительно хорош с точки зрения user experience, на который ни метод Буча, ни OMT не обращали особого внимания. Основной идеей Objectory было то, что анализ должен начинаться с прецедентов, а не с диаграммы классов, которые должны быть производными от них. К 1994-му существовало 72 метода, или частные методики. Многие из них "перекрывались", т. е. использовали похожие идеи, нотации и т. д. Как уже говорилось выше, чувствовалась острая потребность, "социальный заказ" - закончить "войну методов" и объединить в одном унифицированном средстве все лучшее, что было создано в области моделирования. А что сейчас? The UML живет и развивается. Сейчас мы имеем UML 2.0 и десятки CASE-средств, поддерживающих UML. Вопреки популярному мнению, в наши дни Rational не владеет UML, но продолжает работать над ним. UML же принадлежит OMG, а сама Rational ныне является одним из подразделений IBM и фигурирует во всех документах как IBM Rational. UML же получил множество пакетов расширений, называемых профайлами и позволяющих использовать его для моделирования систем из специфических предметных областей. Раздел 11.3. Способы использования языка И вот Румбах присоединился к Бучу в Rational Inc. Они объединили свои нотации и создали первую версию UML. В 1995 году на конференции OOPSLA они представили его как Unified Method, который потом и получил название UML. Чуть позже к ним присоединился Якобсон, который добавил к результатам их труда элементы Objectory и начал работу над Rational Unified Process (RUP). В 1997 году UML был отправлен в Object Management Group (OMG) для стандартизации. Кроме трех нотаций "трех амиго" UML вобрал в себя элементы многих других методологий, что опять-таки хорошо видно из рисунка, приведенного выше. Начать хотелось бы с демонстрации известной картинки, которая уже более двух десятилетий "живет" в Интернете, но источник ее никому не известен (если кто-то из читателей сможет пролить свет на ее происхождение, автор будет очень благодарен за информацию). Эта картинка прекрасно иллюстрирует типичный процесс создания продукта, или "решения" (поскольку продукт решает проблему заказчика), как любят говорить в Microsoft (рис. 11.2). 186 Рис. 11.2. Здесь мы видим все проблемы программной инженерии, в частности проблемы с коммуникацией и пониманием, вызванные отсутствием четкой спецификации создаваемого продукта. Так вот, авторы UML определяют его как графический язык моделирования общего назначения (т. е. его можно применять для проектирования чего угодно - от простой качели, как на рисунке, до сложного аппаратно-программного комплекса или даже космического корабля), предназначенный для спецификации, визуализации, проектирования и документирования всех артефактов, создаваемых в ходе разработки. Итак, UML в первую очередь - это спецификации. Заглянем снова в глоссарий и обнаружим, что Спецификация - подробное описание системы, которое полностью определяет ее цель и функциональные возможности. Различают: словесные спецификации на естественном языке; модельные спецификации; формальные спецификации. Не следует также забывать, что заказчик и разработчик имеют, как правило, абсолютно разное понимание смысла этого артефакта. А ведь кроме этого есть еще аналитики, менеджеры, бизнес-консультанты... Каждый из них называет спецификации по-своему: постановка задачи, требования пользователя, техническое задание, функциональная спецификация, архитектура системы... Причем все эти люди, являясь специалистами в абсолютно разных предметных областях, говорят каждый на своем языке и зачастую просто не понимают друг друга. Вот потому-то и возникает проблема, представленная на рисунке, проблема, которую может решить только наличие единого, унифицированного средства 187 создания спецификаций, достаточно простого и понятного для всех заинтересованных лиц. Как уже говорилось выше, различают спецификации трех видов. Словесные спецификации на естественном языке как раз и вызывают массу проблем, поскольку создаются разными специалистами на "их языке". Другим видом спецификаций являются формальные спецификации. Действительно, описание спецификации с помощью строгого математического языка было бы чудесным решением всех проблем, т. к. сам способ записи исключал бы малейшие неоднозначности. Да, в математике есть, например, алгебра высказываний, с помощью которой можно пытаться создавать технические задания на разработку некоторых приложений. Проблема кроется в слове "некоторых". Понятно, что формальная спецификация является, по сути, математической моделью задачи и потому для вычислительных задач все выглядит достаточно просто. Формализация же задач из других областей знаний может оказаться более сложной и трудоемкой проблемой, чем разработка самого приложения ввиду отсутствия четкой математической модели. Один из принципов прикладной "мерфологии" гласит, что лучшей спецификацией программы является ее текст. Так же, как и большинство остальных законов Мерфи, это утверждение просто поражает своей правдивостью... Когда мы говорим о том, что UML - это средство визуализации, мы имеем в виду модельные спецификации. Все мы знаем, как иногда трудно заставить себя "вникнуть" в суть материала, излагаемого в очередном учебнике или мануале. Изучение чего-то нового идет гораздо проще, если документ содержит не только текст, а еще и иллюстрации к нему. А если руководство или учебник выглядят как картинки с подписями (вспомните майкрософтовские учебники и трейнер-киты или руководства пользователя мобильных телефонов!), то усвоение нового материала происходит еще проще и эффективнее. Недаром до сих пор так популярны комиксы, которые также представляют собой картинки с текстом! Так вот, такие картинки с подписями наглядны и интуитивно понятны, причем почти однозначно понимаются любыми заинтересованными лицами, так что могут использоваться в качестве средства общения между людьми. UML позволяет создавать такие простые и понятные картинки (модели), описывающие систему с разных сторон, которые можно показать заказчику и обсудить с ним, т. е. служит средством коммуникации в команде. Посмотрите на рисунок ниже (рис. 11.3). Все ведь понятно, правда? Рис. 11.3. Перейдем к проектированию. Да, UML позволяет строить модели программных систем (вообще говоря - ЛЮБЫХ систем). По этим моделям потом может производиться генерация каркасного кода проектируемых приложений. Более того, возможен процесс, 188 который часто называют "реверс-инжинирингом", - т. е. создание UML-модели из существующего кода приложения. Не будем сейчас обсуждать качество получающегося кода или моделей при реверс-инжиниринге. Пока оно весьма далеко от идеала, но ведь технологии и инструменты постоянно совершенствуются, так что можно надеяться, что когда-нибудь мы сможем создавать приложения визуально, не прибегая к языку программирования, а пользуясь лишь UML... И последнее из этого набора слов - " документирование ". По большому счету, UML-модели сами по себе уже являются документами (и весьма понятными, даже для неспециалиста, как мы уже могли убедиться, посмотрев на предыдущий рисунок; кроме этого, как мы еще упомянем далее, модели UML являются XML-документами). Причем любой элемент на любой диаграмме может быть снабжен ноутсом - текстовым комментарием. Т. е. построение набора диаграмм уже является процессом документирования будущей системы. Более того, большинство инструментов UML-проектирования умеют извлекать текстовую информацию из моделей и генерировать относительно удобочитаемые тексты. Итак, подводя итоги, скажем, что UML можно использовать для рисования картинок, которые можно использовать для коммуникаций внутри команды и в ходе взаимодействия с заказчиком, т. е. он может служить средством обмена информацией. Кроме этого, как мы уже говорили, UML является отличным средством спецификации систем, причем спецификации в процессе разработки. Разработанные архитектурные решения, задокументированные с помощью UML, могут быть использованы повторно (что сейчас также очень "модно"). Как уже упоминалось выше, о таких вещах, как генерация кода, симуляция и верификация моделей, пока серьезно говорить не приходится, но в будущем, надеемся, будет и это... Теперь о том, для чего UML использовать нельзя, вернее, чем он не является. Вопервых, UML не является языком программирования, хотя существуют средства выполнения UML-моделей как интерпретируемого кода (Unimod, FLORA и др.) и возможна, как уже говорилось выше, кодогенерация. Несмотря на это, UML - средство не программирования, а моделирования, т. е. создания не программ, а моделей любого уровня абстракции для систем из любой предметной области. Во-вторых, UML не является и спецификацией какого бы то ни было инструмента моделирования, хотя такие инструменты (и в больших количествах) имеются. Например, TAU G2 (с помощью которого создано большинство диаграмм в этом курсе), Borland Together, Poseidon, Enterprise Architect, IBM Rational Rose, Dia, Visio и др. Каким образом то или иное CASE-средство реализует UMLмоделирование, никак не регламентируется и определяется самими разработчиками этих инструментов. И, наконец, в-третьих, UML не является и моделью какого-либо процесса разработки, даже Rational Unified Process (RUP), который был описан именно с помощью UML (а точнее, с помощью SPEM - профайла UML). UML можно использовать независимо от того, какую методологию разработки ПО вы используете, и даже если вы вообще не пользуетесь никакой методологией! Раздел 11.4. Структура определения языка Это, наверное, самая короткая часть лекции. Здесь хотелось бы рассказать о том, как описан UML его авторами. Но прежде нужно поговорить о способах описания искусственных языков вообще (например, языков программирования). Конечно, вы уже читали книги, в которых описывались языки программирования, и не могли не заметить, как авторы этих книг все время самоотверженно балансируют между точностью и понятностью описания. Велик соблазн описать язык формально точно, но такое описание своей сложностью может отпугнуть потенциального пользователя новой технологии. С другой стороны, "понятное", неформальное описание языка может получиться очень длинным и неполным и просто запутать читателя. 189 Как же определен UML? Довольно часто компиляторы и IDE языков программирования написаны с использованием этих же языков (вспомните хотя бы Turbo Pascal!). Подобный метод применяется и при описании UML. Авторы использовали так называемое четырехуровневое мета-моделирование. Первый уровень - это сами данные. Второй - это их модель, т. е., например, описание их в программе. Третий - метамодель, т. е. описание языка построения модели. Четвертый - мета-метамодель, т. е. описание языка, на котором описана метамодель. Для примера - следующий рисунок, позаимствованный из стандарта UML, показывает применение этого подхода к простым записям о котировках акций (рис. 11.4). Рис. 11.4. UML, как уже говорилось выше, описывается подобным образом. Метамодель описание самого языка, мета-метамодель - описание формализма, с помощью которого производится описание языка. Все это сопровождается комментариями на естественном языке и примерами моделей. Организованное таким образом описание UML распространяется OMG абсолютно свободно и "лежит" на сайте OMG, по адресу http://www.omg.org/. Этот грандиозный документ насчитывает около тысячи страниц, и неподготовленному читателю имеет смысл ознакомиться в нем лишь с первым и последним разделами (краткий обзор и словарь терминов). Зато, если человек уже знаком с UML, изучение метамодели языка - весьма интересное и полезное занятие. Раздел 11.5. Пакеты в языке UML Пакет — основной способ организации элементов модели в языке UML. Каждый пакет владеет всеми своими элементами, т. е. теми элементами, которые включены в него. Про соответствующие элементы пакета говорят, что они принадлежат пакету или входят в него. При этом каждый элемент может принадлежать только одному пакету. В свою очередь, одни пакеты могут быть вложены в другие пакеты. В этом случае первые называются подпаке-тами, поскольку все элементы подпакета будут принадлежать более общему пакету. Тем самым для элементов модели задается отношение вложенности пакетов, которое представляет собой иерархию. Примечание При рассмотрении отношения "пакет-подпакет" наиболее естественно ассоциировать его с более общим отношением "множество-подмножество". Действительно, поскольку пакет можно рассматривать в качестве частного случая множества, такая интерпретация помогает нам использовать и графические средства для представления соответствующих отношений между пакетами. 190 Для графического представления иерархий могут использоваться графы специального вида, которые называются деревьями. Однако в языке UML эти графические обозначения настолько модифицированы, что соответствующие ассоциации с общетеоретическими понятиями могут представлять определенную трудность для начинающих разработчиков. Тем не менее, на протяжении всей книги подчеркивается важность умения ассоциировать специальные конструкции языка UML с соответствующими понятиями теории множеств и системного моделирования, что, в некотором смысле, формирует стиль мышления системного аналитика. В противном случае не исключены досадные ошибки не только на начальном этапе концептуализации предметной области, но и в процессе построений различных представлений систем. В языке UML для визуализации пакетов разработана специальная символика или графическая нотация, которой мы и будем пользоваться в дальнейшем. Именно с описания этой системы обозначений мы приступим к изучению основных элементов данного языка. Для графического изображения пакетов на диаграммах применяется специальный графический символ — большой прямоугольник с небольшим прямоугольником, присоединенным к левой части верхней стороны первого (рис. 11.5а, б). Можно сказать, что визуально символ пакета напоминает пиктограмму папки в популярном графическом интерфейсе. Внутри большого прямоугольника может записываться информация, относящаяся к данному пакету. Если такой информации нет, то внутри большого прямоугольника записывается имя пакета, которое должно быть уникальным в пределах рассматриваемой модели (рис. 11.5а). Если же такая информация имеется, то имя пакета записывается в верхнем маленьком прямоугольнике (рис. 11.5б). Рис. 11.5. Графическое изображение пакета в языке UML Примечание Говоря об имени пакета, следует остановиться на общем соглашении об именах в языке UML. В данном случае именем пакета может быть строка (или несколько строк) текста, содержащее любое число букв, цифр и некоторых специальных знаков. С целью удобства спецификации пакетов принято в качестве их имен использовать одно или несколько существительных, например, контроллер, графический интерфейс, форма ввода данных. Перед именем пакета может помещаться строка текста, содержащая некоторое ключевое слово. Подобными ключевыми словами являются заранее определенные в языке UML слова, которые получили название стереотипов. Такими стереотипами для пакетов являются слова facade, framework, stub и topLevel. В качестве содержимого пакета могут выступать имена его отдельных элементов и их свойства, такие как видимость элементов за пределами пакета. Более подробно стереотипы и видимость элементов будут рассмотрены в последующих главах книги. Конечно, сами по себе пакеты могут найти ограниченное применение, поскольку содержат лишь информацию о входящих в их состав элементах модели. Не менее важно представить графически отношения, которые могут иметь место между отдельными пакетами. Как и в теории графов, для визуализации отношений в языке UML применяются отрезки линий, внешний вид которых имеет смысловое содержание. 191 Одним из типов отношений между пакетами является отношение вложенности или включения пакетов друг в друга. С одной стороны, в языке UML это отношение может быть изображено без использования линий простым размещением одного пакетапрямоугольника внутри другого пакета-прямоугольника (рис. 11.6). Так, в данном случае пакет с именем ПакетЛ содержит в себе два подпакета: Пакет_2 и Пакет_3. Рис. 11.6. Графическое изображение вложенности пакетов друг в друга Рис. 11.7. Графическое изображение вложенности пакетов друг в друга с помощью явной визуализации отношения включения С другой стороны, это же отношение может быть изображено с помощью отрезков линий аналогично графическому представлению дерева. В этом случае наиболее общий пакет (метапакет или контейнер) изображается в верхней части рисунка, а его подпакеты — уровнем ниже. Метапакет соединяется с подпакетами сплошной линией, на конце которой, примыкающей к метапакету, изображается специальный символ © (знак плюс в кружочке). Этот символ означает, что подпакеты являются "собственностью" или частью контейнера, и, кроме этих подпакетов, контейнер не содержит никаких других подпакетов. Рассмотренный выше пример (рис. 11.6) может быть представлен с помощью явной визуализации отношения включения (рис. 11.7). На графических диаграммах между пакетами могут указываться и другие типы отношений. Основные пакеты метамодели языка UML Возвращаясь к рассмотрению языка UML, напомним, что основой его представления на метамодельном уровне является описание трех его логических блоков или пакетов: Основные элементы, Элементы поведения и Общие механизмы (рис. 11.8). Эти пакеты в свою очередь делятся на отдельные подпакеты. Например, пакет Основные элементы состоит из подпакетов: Элементы ядра, Вспомогательные элементы, Механизмы расширения и типы данных (рис. 11.9). При этом пакет Элементы ядра опи- 192 сывает базовые понятия и принципы включения в структуру метамодели основных понятий языка, таких как метаклассы, метаассоциации и метаатрибуты. Пакет Вспомогательные элементы определяет дополнительные конструкции, которые расширяют базовые элементы для описания зависимостей, шаблонов, физических структур и элементов представлений. Пакет Механизмы расширения задает правила уточнения и расширения семантики базовых элементов моделей. Пакет Типы данных определяет основные структуры данных для языка UML. Рис. 11.8. Основные пакеты метамодели языка UML Рис. 11.9. Подпакеты пакета Основные элементы языка UML Пакет Основные элементы Ниже дается краткая характеристика элементов каждого из перечисленных подпакетов, входящих в состав пакета Основные элементы. Более полное рассмотрение отдельных компонентов метамодели будет представлено в главах, посвященных изучению отдельных видов канонических диаграмм. Последние аккумулируют в себе не только различные представления моделируемой системы, но и более детально раскрывают семантические особенности применения базовых конструкций языка UML в процессе построения конкретных моделей. Пакет Элементы ядра Пакет Элементы ядра является наиболее фундаментальным из всех подпакетов, которые входят в пакет Основные элементы языка UML. Этот пакет определяет основные абстрактные и конкретные компоненты, необходимые для разработки объектных моделей. При этом абстрактные компоненты метамодели не имеют экземпляров или примеров и используются исключительно для уточнения других компонентов модели. Конкретные компоненты метамодели имеют экземпляры и отражают особенности представления лиц, которые разрабатывают объектные модели. Примечание 193 Следует отметить присущую развитым языкам представления знаний в целом и языку UML в частности неоднозначность выразительных возможностей. Речь идет о том, что одна и та же моделируемая сущность или система может быть представлена средствами языка UML по-разному. При этом разные разработчики могут построить объектные модели одной и той же системы, существенно отличающиеся не только формой своего представления, но и составом используемых в модели компонентов. Пакет Элементы ядра специфицирует базовые конструкции, требуемые для описания исходной метамодели, и определяет архитектурный "скелет" для присоединения дополнительных конструкций языка, таких как метаклассы, метаассоциации и метаатрибуты. Хотя пакет Элементы ядра содержит семантику, достаточную для определения всей оставшейся части языка UML, он не является мета-метамоделью UML. В этот пакет входят основные метаклассы языка UML: класс (Class), атрибут (Attribute), ассоциациях (Association), ассоциация-класс (AssociationClass), конец ассоциации (AssociationEnd), свойство поведения (BehavioralFeature), классификатор (Classifier), ограничение (Constraint), тип данных (DataType), зависимость (Dependency), элемент (Element), право на элемент (ElementOwnership), свойство (Feature), обобщение (Generalization), элемент отношения обобщения (GeneralizableElement), интерфейс (Interface), метод (Method), элемент модели (ModelElement), пространство имен (Namespace), операция (Operation), параметр (Parameter), структурное свойство (StructuralFeature), правила правильного построения выражений (Well-formedness rules). Пакет Вспомогательные элементы Пакет Вспомогательные элементы является подпакетом пакета Основные элементы и специфицирует дополнительные конструкции языка UML, которые расширяют пакет Элементы ядра. Вспомогательные элементы обеспечивают понятийный базис для зависимостей, шаблонов, физических структур и элементов представлений. В этот пакет входят следующие метаклассы: связывание (Binding), комментарий (Comment), компонент (Component), узел (Node), презентация (Presentation), уточнение (Refinement), цепочка зависимостей (Trace), потребление (Usage), элемент представления (ViewElement), зависимость (Dependency), элемент модели (ModelElement), правила правильного построения выражений (Well-formedness rules). При этом три последних метакласса взяты из пакета Элементы ядра и используются для спецификации остальных. Примечание Хотя этот пакет имел самостоятельное значение в начальных версиях языка UML, однако в проектах последней версии его элементы объединились с пакетом Элементы ядра. Причиной этого послужило требование строгого вхождения каждого элемента в один пакет. Пакет Механизмы расширения Пакет Механизмы расширения также является подпакетом пакета Основные элементы и специфицирует порядок включения в модель элементов с уточненной семантикой, а также модификацию отдельных компонентов языка UML для более точного отражения специфики моделируемых систем. Механизм расширения определяет семантику для стереотипов, ограничений и помеченных значений. Хотя язык UML обладает богатым множеством понятий и нотаций для моделирования типичных программных систем, реально разработчик может столкнуться с необходимостью включить в модель дополнительные свойства или нотации, которые не определены явно в языке U ML. При этом разработчики часто сталкиваются с необходимостью включения в модель графической информации, такой, например, как дополнительные значки и украшения. 194 Для этой цели в языке UML предусмотрены три механизма расширения, которые могут использоваться совместно или раздельно для определения новых элементов модели с отличающимися семантикой, нотацией и свойствами от специфицированных в метамодели языка UML элементов. Такими механизмами являются: ограничение (Constraint), стереотип (Stereotype) и помеченное значение (TaggedValue). Таким образом, механизмы расширения языка UML предназначены для выполнения следующих задач: Уточнения существующих модельных элементов при разработке моделей на языке UML. В спецификации самого языка UML для определения стандартных компонентов, которые либо не являются достаточно интересными, либо сложны для непосредственного определения в качестве элементов мета-модели UML. Определения таких расширений языка UML, которые зависят от специфики моделируемого процесса или от языка реализации программного кода. Присоединения произвольной семантической или несемантической информации к элементам модели. Хотя вопросы расширения метамодели UML выходят за пределы настоящей книги, следует знать о потенциальной возможности явного добавления в язык UML новых метаклассов и других метаконструкций. При этом, однако, необходимо соблюдать правило порождения новых метаклассов от уже имеющихся в языке UML. Эта возможность единственно зависит от свойств отдельных инструментальных средств, поддерживающих язык UML, или от особенностей мета-метамодельного представления самого процесса ООАП. Наиболее важные из встроенных механизмов расширения основываются на понятии стереотип. Стереотипы обеспечивают некоторый способ классификации модельных элементов на уровне объектной модели и возможность добавления в язык UML "виртуальных" метаклассов с новыми атрибутами и семантикой. Другие встроенные механизмы расширения основываются на понятии списка свойств, содержащего помеченные значения и ограничения. Эти механизмы обеспечивают пользователю возможность включения дополнительных свойств и семантики непосредственно в отдельные элементы модели. Пакет Типы данных Пакет Типы данных является четвертым подпакетом пакета Основные элементы и, как следует из его названия, специфицирует различные типы данных, которые могут использоваться в языке UML. Этот пакет имеет более простую по сравнению с другими пакетами внутреннюю структуру и описание, поскольку предполагается, что семантика соответствующих понятий хорошо известна. В метамодели UML типы данных используются для объявления типов атрибутов классов. Они записываются в форме строк текста на диаграммах и не имеют отдельного значка "тип данных". Благодаря этому происходит уменьшение размеров диаграмм без потери информации. Однако каждая из одинаковых записей для некоторого типа данных должна соответствовать одному и тому же типу данных в модели. При этом типы данных, используемые в описании языка UML, могут отличаться от типов данных, которые определяет разработчик для своей модели на языке UML. Типы данных в последнем случае будут являться частным случаем или экземплярами метакласса типы данных, который определен в метамодели. При задании типа данных наиболее часто применяется неформальная конструкция, которая получила называние перечисления. Речь идет о множестве допустимых значений атрибута, которое наделяется некоторым отношением порядка. При этом упорядоченность значений либо указывается явно заданием первого и последнего элементов списка, либо 195 следует неявно в случае простого типа данных, как, например, для множества натуральных чисел. В пакете Типы данных определены способы спецификации перечислений для корректного задания допустимых значений атрибутов. Для определения различных типов данных в языке UML используются как простые конструкции: целое число (Integer), строка (String), имя (Name), Булев (Boolean), время (Time), кратность (Multiplicity), тип видимости (VisibilityKind), диапазон кратности (MultiplicityRange), так и более сложные: выражение (Expression), булевское выражение (BooleanExpression), тип агрегирования (AggregationKind), тип изменения (ChangeableKind), геометрия (Geometry), отображение (Mapping), выражение-процедура (ProcedureExpression), тип псевдосостояния (PseudostateKind), выражение времени (TimeExpression), непрерываемый (Uninterpreted). Пакет Элементы поведения Этот пакет является самостоятельной компонентой языка UML и, как следует из его названия, специфицирует динамику поведения в нотации UML. Пакет Элементы поведения состоит из четырех подпакетов: Общее поведение, Кооперации, Варианты использования и Автоматы (рис. 11.10). Ниже дается краткая характеристика каждого из этих подпакетов. Рис. 11.10. Подпакеты пакета Элементы поведения языка UML Пакет Общее поведение Пакет Общее поведение является наиболее фундаментальным из всех подпакетов и определяет базовые понятия ядра, необходимые для всех элементов поведения. В этом пакете специфицирована семантика для динамических элементов, которые включены в другие подпакеты элементов поведения. В пакет Общее поведение входит достаточно большое число элементов, таких как объект (Object), действие (Action), последовательность действий (ActionSequence), аргумент (Argument), экземпляр (Instance), исключение (Exception), связь (Link), сигнал (Signal), значение данных (DataValue), связь атрибутов (AttributeLink), действие вызова (CallAction), действие создания (CreateAction), действие уничтожения (DestroyAction). Наиболее важным понятием пакета Общее поведение является объект. Под объектом в языке UML понимается отдельный экземпляр или пример класса, структура и поведение которого полностью определяется порождающим этот объект классом. Предполагается, что все без исключения объекты, порожденные одним и тем же классом, имеют совершенно одинаковую структуру и поведение, хотя каждый из этих объектов может иметь свое собственное множество связей атрибутов. При этом каждая связь атрибута относится к некоторому экземпляру, обычно к значению данных. Это множество может быть модифицировано согласно спецификации отдельного атрибута в описании класса. Рассматривая данный пакет, нельзя не сказать о том, что в языке UML под поведением понимается не только процесс изменения атрибутов объектов в результате выполне- 196 ния операций над их значениями, но и такие процедуры, как создание и уничтожение самих объектов. При этом динамика взаимодействия объектов, которая определяет их поведение, описывается с помощью специальных понятий, таких как сигналы и действия. Пакет Кооперации Пакет Кооперации специфицирует контекст поведения при использовании элементов модели для выполнения отдельной задачи. В нем задается семантика понятий, которые необходимы для ответа на вопрос: "Как различные элементы модели взаимодействуют между собой с точки зрения структуры?" Этот пакет использует конструкции, определенные в пакетах Основные элементы языка UML и Общее поведение. В частности, в пакет Кооперации входят элементы: кооперация (Collaboration), взаимодействие (Interaction), сообщение (Message), роль ассоциации (AssociationRole), роль классификатора (ClassifierRole), роль конца ассоциации (AssociationEndRole). Как можно догадаться из названия пакета, его элементы непосредственно используются при построении диаграмм кооперации. Понятие кооперации имеет важное значение для представления взаимодействия элементов модели с точки зрения классификаторов и ассоциаций. Особенности их применения будут более детально рассмотрены при изучении диаграммы кооперации. Пакет Варианты использования Пакет Варианты использования специфицирует поведение при включении в модель специальных конструкций, которые в языке UML называются актерами и вариантами использования. Эти понятия служат для определения функциональности моделируемой сущности, такой как система. Особенность элементов этого пакета состоит в том, что они используются для первоначального определения поведения сущности без спецификации ее внутренней структуры. Примечание Объединение в языке UML средств концептуализации исходных требований к проектируемой системе и структуризации ее внутренних компонентов с достаточно богатой семантикой применяемых для этого элементов имеет важное значение для построения адекватных моделей сложных систем. Действительно, ограниченность традиционных моделей состоит в том, что они не позволяют одновременно описывать статические или структурные свойства системы и динамику ее проведения. Попытки совместного решения данных проблем сталкиваются с отсутствием единой символики для обозначения близких по смыслу системных понятий. Язык UML удачно выделяет базовые понятия, которые необходимы при построении таких моделей. Более того, если этих понятий окажется недостаточно для разработки какого-то конкретного проекта, то сам разработчик может расширить базовые понятия и даже включить в модель собственные конструкции, согласованные с метамоделью языка UML В пакет Варианты использования кроме уже упомянутых элементов актер (Actor) и вариант использования (UseCase) входят: расширение (Extension), точка расширения (ExtensionPoint), включение (Include) и экземпляр варианта использования (UseCaselnstance). Более подробно некоторые из этих понятий будут рассмотрены при описании диаграмм вариантов использования. Пакет Автоматы 197 Пакет Автоматы специфицирует поведение при построении моделей с использованием систем переходов для конечного множества состояний. В нем определено множесто понятий, которые необходимы для представления поведения модели в виде дискретного пространства с конечным числом состояний и переходов. Формализм автомата, который используется в языке UML, отличается от формализма теории автоматов своей объектной ориентацией. Автоматы являются основным средством моделирования поведения различных элементов языка UML. Например, автоматы могут использоваться для моделирования поведения индивидуальных сущностей, таких как экземпляры классов, а также для спецификации взаимодействий между сущностями, таких как кооперации. Формализм автоматов дополнительно обеспечивает семантический базис для графов деятельности, которые являются частным случаем автомата. В пакет Автоматы входят элементы: состояние (State), переход (Transition), событие (Event), автомат (StateMachine), простое состояние (SimpleState), составное состояние CompositeState, псевдосостояние (PseudoState), конечное состояние (FinalState) и некоторые другие. Как уже отмечалось выше, одним из ключевых понятий при моделировании динамических свойств систем является состояние. При этом под состоянием в языке UML понимается абстрактный метакласс, используемый для моделирования ситуации или процесса, в ходе которых имеет место (обычно неявное) выполнение некоторого инвариантного условия. Примером такого инвариантного условия может быть состояние ожидания объектом выполнения некоторого внешнего события, например запроса или передачи управления. С другой стороны, состояние может использоваться для моделирования динамических условий, таких как процесс выполнения некоторой деятельности. В этом случае момент начала выполнения деятельности является переходом объекта в соответствующее состояние. Более подробно понятия этого пакета будут рассмотрены при изучении диаграмм состояний. Пакет Общие механизмы В этом пакете определены общие механизмы, которые применимы ко всем моделям UML. Пакет состоит из единственного подпакета управления моделями (рис. 11.11). Этот подпакет служит для спецификации способов организации элементов в модели, пакеты и подсистемы. Кратко рассмотрим основные особенности данного подпакета. Рис. 11.11. Состав пакета Общие механизмы Пакет Управление моделями Пакет Управление моделями (Model Management) специфицирует базовые элементы языка UML, которые необходимы для формирования всех модельных представлений. Именно в нем определяется семантика модели (Model), пакета (Package) и подсистемы 198 (Subsystem). Эти элементы служат своеобразными контейнерами для группировки других элементов модели. Пакет является метаклассом в языке UML и предназначен, как отмечалось выше, для организации других элементов модели, таких как другие пакеты, классификаторы и ассоциации. Пакет может также содержать ограничения и зависимости между элементами модели в самом пакете. Предполагается, что каждый элемент пакета имеет видимость только внутри данного пакета. Это означает, что за пределами пакета никакой его элемент не может быть использован, если нет дополнительных указаний на импорт или доступ к отдельным элементам пакета. Со своей стороны, пакеты со всем своим содержимым определены в некотором пространстве имен, которое определяет единственность использования имен всех элементов модели. Другими словами, имя каждого элемента модели должно быть единственным или уникальным в некотором пространстве имен, которое, являясь само элементом модели, может быть вложено в более общее пространство имен. Модель является подклассом пакета и представляет собой абстракцию физической системы, которая предназначена для вполне определенной цели. Именно эта цель предопределяет те компоненты, которые должны быть включены в модель и те, рассмотрение которых не является обязательным. Другими словами, модель отражает релевантные аспекты физической системы, оказывающие непосредственное влияние на достижение поставленной цели. В прикладных задачах цель обычно задается в форме исходных требований к системе, которые, в свою очередь, в языке UML записываются в виде вариантов использования системы. В языке UML для одной и той же физической системы могут быть определены различные модели, каждая из которых специфицирует систему с различных точек зрения. Примерами таких моделей являются: логическая модель, модель проектирования, модель вариантов использования и др. При этом каждая такая модель имеет свою собственную точку зрения на физическую систему и свой собственный уровень абстракции. Модели, как и пакеты, могут быть вложенными друг в друга. Со своей стороны, пакет может включать в себя несколько различных моделей одной и той же системы, и в этом состоит один из важнейших механизмов разработки моделей на языке UML. Подсистема есть просто группировка элементов модели, которые специфицируют некоторое простейшее поведение физической системы. В метамоде-ли UML подсистема является подклассом как пакета, так и классификатора. Элементы подсистемы делятся на две части — спецификацию поведения и его реализацию. Для графического представления подсистемы применяется специальное — обозначение — прямоугольник, как в случае пакета, но дополнительно разделенный на три секции (рис. 11.11). При этом в верхнем маленьком прямоугольнике изображается символ, по своей форме напоминающий "вилку" и указывающий на подсистему. Имя подсистемы вместе с необязательным ключевым словом или стереотипом записывается внутри большого прямоугольника. Однако при наличии строк текста внутри большого прямоугольника имя подсистемы может быть записано рядом с обозначением "вилки". Раздел 11.6. Терминология и нотация Вопрос терминологии в программной инженерии, а тем более РУССКОЙ (не говоря уже об украинской) терминологии, - вопрос сложный. Дело в том, что оригинальная терминология UML не всегда последовательна и довольно запутана. Русская же терминология еще не успела сложиться, ведь UML как технология проектирования сама по себе очень молода, да и русскоязычная литература по нему стала появляться, как всегда, с некоторым опозданием. Некоторые авторы пытаются каждый термин передать "осмысленными", "хорошими русскими словами", что не всегда удается. С точки зрения автора, искать русские аналоги уже привычных английских терминов - занятие ненужное и даже вредное: вспомните, как трудно было вам найти нужную команду в меню русского MS 199 Office, если вы привыкли пользоваться английским (в таких случаях родной язык сильно замедляет работу). Поэтому, наверное, проще использовать транскрипцию и не изобретать велосипед! В конце концов, хорошие английские слова (даже записанные русскими буквами) так же хороши, как и хорошие русские! Теперь давайте поговорим о нотации. "Нотация" - это то, что в других языках называют "синтаксисом". Само слово "нотация" подчеркивает, что UML - язык графический и модели (а точнее диаграммы) не "записывают", а рисуют. Как уже говорилось выше, одна из задач UML - служить средством коммуникации внутри команды и при общении с заказчиком. "В рабочем порядке" диаграммы часто рисуют на бумаге от руки, причем обычно - не слишком аккуратно. Поэтому при выборе элементов нотации основным принципом был отбор значков, которые хорошо смотрелись бы и были бы правильно интерпретированы в любом случае - будь они нарисованы карандашом на салфетке или созданы на компьютере и распечатаны на лазерном принтере. Вообще же, в UML используется четыре вида элементов нотации: 1. 2. 3. 4. фигуры, линии, значки, надписи. Разберем все по порядку. Фигуры используются "плоские" - прямоугольники, эллипсы, ромбы и т. д. Но есть одно исключение - как мы увидим далее, на диаграмме развертывания для обозначения узлов инфраструктуры применяется "трехмерное" изображение параллелепипеда. Это единственное исключение из правил. Внутри любой фигуры могут помещаться другие элементы нотации. О линиях стоит сказать лишь то, что своими концами они должны соединяться с фигурами. На UML диаграммах вы не встретите линий, нарисованных "сами по себе" и не соединяющих фигуры. Применяется два типа линий - сплошная и пунктирная. Линии могут пересекаться, и хотя таких случаев следует по возможности избегать, в этом нет ничего страшного. Вообще же стоит сказать, что UML предоставляет исключительную свободу - можно рисовать что угодно и как вздумается, лишь бы можно было понять смысл созданных диаграмм. В изображении фигур и значков тоже нет каких-то жестких требований, и разработчики CASE-средств для UML-проектирования вовсю используют эту свободу, применяя различные стили рисования, заливку фигур цветом, тени и т. д. Иногда это смотрится весьма симпатично, а иногда даже раздражает. Кстати об инструментах рисования. Мы уже упоминали, что такое ПО существует, и далее мы рассмотрим этот вопрос более подробно (проведя сравнительные исследования), пока же скажем лишь о нескольких наиболее заметных программах этого класса. К таким пакетам можно отнести: IBM Rational Rose; Borland Together; Gentleware Poseidon; Microsoft Visio; Telelogic TAU G2. Выводы по теме 11 200 UML - еще один формальный язык, который необходимо освоить каждому, кто собирается заниматься программной инженерией. Само собой разумеется, что знание UML не гарантирует построения разумных и понятных моделей, хотя и является для этого необходимым. UML предоставляет огромную свободу при рисовании диаграмм и выборе инструмента рисования. Производители инструментов также воспользовались этой свободой, чтобы по своему разумению "украсить" имеющуюся нотацию. Теоретические вопросы по теме 11 Как расшифровывается аббревиатура UML? Какая версия UML является текущей? Кто были авторами UML? Чем НЕ является UML? Какие программные средства, поддерживающие UML, вы знаете? Используются ли в UML "трехмерные" фигуры? 201 Лекция 12 Тема 12. Диаграмма вариантов использования Раздел 12.1. Диаграмма вариантов использования Визуальное моделирование в UML можно представить как некоторый процесс поуровневого спуска от наиболее обшей и абстрактной концептуальной модели исходной системы к логической, а затем и к физической модели соответствующей программной системы. Для достижения этих целей вначале строится модель в форме так называемой диаграммы вариантов использования (use case diagram), которая описывает функциональное назначение системы или, другими словами, то, что система будет делать в процессе своего функционирования. Диаграмма вариантов использования является исходным концептуальным представлением или концептуальной моделью системы в процессе ее проектирования и разработки. Разработка диаграммы вариантов использования преследует цели: Определить общие границы и контекст моделируемой предметной области на начальных этапах проектирования системы. Сформулировать общие требования к функциональному поведению проектируемой системы. Разработать исходную концептуальную модель системы для ее последующей детализации в форме логических и физических моделей. Подготовить исходную документацию для взаимодействия разработчиков системы с ее заказчиками и пользователями. Суть данной диаграммы состоит в следующем: проектируемая система представляется в виде множества сущностей или актеров, взаимодействующих с системой с помощью так называемых вариантов использования. При этом актером (actor) или действующим лицом называется любая сущность, взаимодействующая с системой извне. Это может быть человек, техническое устройство, программа или любая другая система, которая может служить источником воздействия на моделируемую систему так, как определит сам разработчик. В свою очередь, вариант использования (use case) служит для описания сервисов, которые система предоставляет актеру. Другими словами, каждый вариант использования определяет некоторый набор действий, совершаемый системой при диалоге с актером. При этом ничего не говорится о том, каким образом будет реализовано взаимодействие актеров с системой. Примечание Рассматривая диаграмму вариантов использования в качестве модели системы, можно ассоциировать ее с моделью черного ящика" (см. рис. 1.7). Действительно, подробная детализация данной диаграммы на начальном этапе проектирования скорее имеет отрицательный характер, поскольку предопределяет способы реализации поведения системы. А согласно рекомендациям RUP именно эти аспекты должны быть скрыты от разработчика на диаграмме вариантов использования. В самом общем случае, диаграмма вариантов использования представляет собой граф специального вида, который является графической нотацией для представления конкретных вариантов использования, актеров, возможно некоторых интерфейсов, и отношений между этими элементами. При этом отдельные компоненты диаграммы могут быть заключены в прямоугольник, который обозначает проектируемую систему в целом. Следует отметить, что отношениями данного графа могут быть только некоторые фиксиро- 202 ванные типы взаимосвязей между актерами и вариантами использования, которые в совокупности описывают сервисы или функциональные требования к моделируемой системе. Как было отмечено в главе 3, рациональный унифицированный процесс разработки модели сложной системы представляет собой разбиение ее на составные части с минимумом взаимных связей на основе выделения пакетов. В самом языке UML пакет Варианты использования является подпакетом пакета Элементы поведения. Последний специфицирует понятия, при помощи которых определяют функциональность моделируемых систем. Элементы пакета вариантов использования являются первичными по отношению к тем, с помощью которых могут быть описаны сущности, такие как системы и подсистемы. Однако внутренняя структура этих сущностей никак не описывается. Базовые элементы этого пакета — вариант использования и актер. С этих понятий мы и приступим к изучению диаграмм вариантов использования. Вариант использования Конструкция или стандартный элемент языка UML вариант использования применяется для спецификации общих особенностей поведения системы или любой другой сущности предметной области без рассмотрения внутренней структуры этой сущности. Каждый вариант использования определяет последовательность действий, которые должны быть выполнены проектируемой системой при взаимодействии ее с соответствующим актером. Диаграмма вариантов может дополняться пояснительным текстом, который раскрывает смысл или семантику составляющих ее компонентов. Такой пояснительный текст получил название примечания или сценария. Отдельный вариант использования обозначается на диаграмме эллипсом, внутри которого содержится его краткое название или имя в форме глагола с пояснительными словами (рис. 12.1). Рис. 12.1. Графическое обозначение варианта использования Цель варианта использования заключается в том, чтобы определить законченный аспект или фрагмент поведения некоторой сущности без раскрытия внутренней структуры этой сущности. В качестве такой сущности может выступать исходная система или любой другой элемент модели, который обладает собственным поведением, подобно подсистеме или классу в модели системы. Каждый вариант использования соответствует отдельному сервису, который предоставляет моделируемую сущность или систему по запросу пользователя (актера), т. е. определяет способ применения этой сущности. Сервис, который инициализируется по запросу пользователя, представляет собой законченную последовательность действий. Это означает, что после того как система закончит обработку запроса пользователя, она должна возвратиться в исходное состояние, в котором готова к выполнению следующих запросов. Варианты использования описывают не только взаимодействия между пользователями и сущностью, но также реакции сущности на получение отдельных сообщений от пользователей и восприятие этих сообщений за пределами сущности. Варианты использования могут включать в себя описание особенностей способов реализации сервиса и различных исключительных ситуаций, таких как корректная обработка ошибок системы. 203 Множество вариантов использования в целом должно определять все возможные стороны ожидаемого поведения системы. Для удобства множество вариантов использования может рассматриваться как отдельный пакет. С системно-аналитической точки зрения варианты использования могут применяться как для спецификации внешних требований к проектируемой системе, так и для спецификации функционального поведения уже существующей системы. Кроме этого, варианты использования неявно устанавливают требования, определяющие, как пользователи должны взаимодействовать с системой, чтобы иметь возможность корректно работать с предоставляемыми данной системой сервисами! Примечание Каждый выполняемый вариантом использования метод реализуется как неделимая транзакция, т. е. выполнение сервиса не может быть прервано никаким другим экземпляром варианта использования. Применение вариантов использования на всех уровнях диаграммы позволяет не только достичь требуемого уровня унификации обозначений для представления функциональности подсистем и системы в целом, но и является мощным средством последовательного уточнения требований к проектируемой системе на основе полууровневого спуска от пакетов системы к операциям классов. С другой стороны, модификация отдельных операций класса может оказать обратное влияние на уточнение сервиса соответствующего варианта использования, т. е. реализовать эффект обратной связи с целью уточнения спецификаций или требований на уровне пакетов системы. В метамодели UML вариант использования является подклассом классификатора, который описывает последовательности действий, выполняемых отдельным экземпляром варианта использования. Эти действия включают изменения состояния и взаимодействия со средой варианта использования. Эти последовательности могут описываться различными способами, включая такие, как графы деятельности и автоматы. Примерами вариантов использования могут являться следующие действия: проверка состояния текущего счета клиента, оформление заказа на покупку товара, получение дополнительной информации о кредитоспособности клиента, отображение графической формы на экране монитора и другие действия. Актеры Актер представляет собой любую внешнюю по отношению к моделируемой системе сущность, которая взаимодействует с системой и использует ее функциональные возможности для достижения определенных целей или решения частных задач. При этом актеры служат для обозначения согласованного множества ролей, которые могут играть пользователи в процессе взаимодействия с проектируемой системой. Каждый актер может рассматриваться как некая отдельная роль относительно конкретного варианта использования. Стандартным графическим обозначением актера на диаграммах является фигурка "человечка", под которой записывается конкретное имя актера (рис. 12.2). Рис. 12.2. Графическое обозначение актера В некоторых случаях актер может обозначаться в виде прямоугольника класса с ключевым словом "актер" и обычными составляющими элементами класса. Имена акте- 204 ров должны записываться заглавными буквами и следовать рекомендациям использования имен для типов и классов модели. При этом символ отдельного актера связывает соответствующее описание актера с конкретным именем. Имена абстрактных актеров, как и других абстрактных элементов языка UML, рекомендуется обозначать курсивом. Примечание Имя актера должно быть достаточно информативным с точки зрения семантики. Вполне подходят для этой цели наименования должностей в компании (например, продавец, кассир, менеджер, президент). Не рекомендуется давать актерам имена собственные (например, "О.Бендер") или моделей конкретных устройств (например, "маршрутизатор Cisco 3640"), даже если это с очевидностью следует из контекста проекта. Дело в том, что одно и то же лицо может выступать в нескольких ролях и, соответственно, обращаться к различным сервисам системы. Например, посетитель банка может являться как потенциальным клиентом, и тогда он востребует один из его сервисов, а может быть и налоговым инспектором или следователем прокуратуры. Сервис для последнего может быть совершенно исключительным по своему характеру. Примерами актеров могут быть: клиент банка, банковский служащий, продавец магазина, менеджер отдела продаж, пассажир авиарейса, водитель автомобиля, администратор гостиницы, сотовый телефон и другие сущности, имеющие отношение к концептуальной модели соответствующей предметной области. Примечание В метамодели актер является подклассом классификатора. Актеры могут взаимодействовать с множеством вариантов использования и иметь множество интерфейсов, каждый из которых может представлять особенности взаимодействия других элементов с отдельными актерами. Актеры используются для моделирования внешних по отношению к проектируемой системе сущностей, которые взаимодействуют с системой и используют ее в качестве отдельных пользователей. В качестве актеров могут выступать другие системы, подсистемы проектируемой системы или отдельные классы. Важно понимать, что каждый актер определяет некоторое согласованное множество ролей, в которых могут выступать пользователи данной системы в процессе взаимодействия с ней. В каждый момент времени с системой взаимодействует вполне определенный пользователь, при этом он играет или выступает в одной из таких ролей. Наиболее наглядный пример актера — конкретный пользователь системы со своими собственными параметрами аутентификации. Любая сущность, которая согласуется с подобным неформальным определением актера, представляет собой экземпляр или пример актера. Для моделируемой системы актерами могут быть как субъекты-пользователи, так и другие системы. Поскольку пользователи системы всегда являются внешними по отношению к этой системе, то они всегда представляются в виде актеров. Так как в общем случае актер всегда находится вне системы, его внутренняя структура никак не определяется. Для актера имеет значение только его внешнее представление, т. е. то, как он воспринимается со стороны системы. Актеры взаимодействуют с системой посредством передачи и приема сообщений от вариантов использования. Сообщение представляет собой запрос актером сервиса от системы и получение этого сервиса. Это взаимодействие может быть выражено посредством ассоциаций между отдельными актерами и вариантами использования или классами. Кроме этого, с актерами могут быть связаны интерфейсы, которые определяют, каким образом другие элементы модели взаимодействуют с этими актерами. 205 Два и более актера могут иметь общие свойства, т. е. взаимодействовать с одним и тем же множеством вариантов использования одинаковым образом. Такая общность свойств и поведения представляется в виде рассматриваемого ниже отношения обобщения с другим, возможно, абстрактным актером, который моделирует соответствующую общность ролей. Совокупность отношений, которые могут присутствовать на диаграмме вариантов использования, будет рассмотрена ниже. Интерфейсы Интерфейс (interface) служит для спецификации параметров модели, которые видимы извне без указания их внутренней структуры. В языке UML интерфейс является классификатором и характеризует только ограниченную часть поведения моделируемой сущности. Применительно к диаграммам вариантов использования, интерфейсы определяют совокупность операций, которые обеспечивают необходимый набор сервисов или функциональности для актеров. Интерфейсы не могут содержать ни атрибутов, ни состояний, ни направленных ассоциаций. Они содержат только операции без указания особенностей их реализации. Формально интерфейс эквивалентен абстрактному классу без атрибутов и методов с наличием только абстрактных операций. На диаграмме вариантов использования интерфейс изображается в виде маленького круга, рядом с которым записывается его имя (рис. 12.3, а). В качестве имени может быть существительное, которое характеризует соответствующую информацию или сервис (например, "датчик", "сирена", "видеокамера"), но чаще строка текста (например, "запрос к базе данных", "форма ввода", "устройство подачи звукового сигнала"). Если имя записывается на английском, то оно должно начинаться с заглавной буквы I, например, ISecurelnformation, ISensor (рис. 12.3, б). Рис. 12.3. Графическое изображение интерфейсов на диаграммах вариантов использования Примечание Имена интерфейсов подчиняются общим правилам наименования компонентов языка UML, т. е. имя может состоять из любого числа букв, цифр и некоторых знаков препинания, таких как двойное двоеточие "::". Последний символ используется для более сложных имен, включающих в себя не только имя самого интерфейса (после знака), но и имя сущности, которая включает в себя данный интерфейс (перед знаком). Примерами таких имен являются: "Сеть предприятия сервер" для указания на сервер сети предприятия или "Система аутентификации клиентов::форма ввода пароля". Графический символ отдельного интерфейса может соединяться на диаграмме сплошной линией с тем вариантом использования, который его поддерживает. Сплошная линия в этом случае указывает на тот факт, что связанный с интерфейсом вариант использования должен реализовывать все операции, необходимые для данного интерфейса, а возможно и больше (рис. 12.4, а). Кроме этого, интерфейсы могут соединяться с вариантами использования пунктирной линией со стрелкой (рис. 12.4, б), означающей, что вариант использования предназначен для спецификации только того сервиса, который необходим для реализации данного интерфейса. 206 Рис. 12.4. Графическое изображение взаимосвязей интерфейсов с вариантами использования С системно-аналитической точки зрения интерфейс не только отделяет спецификацию операций системы от их реализации, но и определяет общие границы проектируемой системы. В последующем интерфейс может быть уточнен явным указанием тех операций, которые специфицируют отдельный аспект поведения системы. В этом случае он изображается в форме прямоугольника класса с ключевым словом "interface" в секции имени, с пустой секцией атрибутов и с непустой секцией операций. Однако подобное графическое представление используется на диаграммах классов или диаграммах, характеризующих поведение моделируемой системы. Важность интерфейсов заключается в том, что они определяют стыковочные узлы в проектируемой системе, что совершенно необходимо для организации коллективной работы над проектом. Более того, спецификация интерфейсов способствует "безболезненной" модификации уже существующей системы при переходе на новые технологические решения. В этом случае изменению подвергается только реализация операций, но никак не функциональность самой системы. А это обеспечивает совместимость последующих версий программ с первоначальными при спиральной технологии разработки программных систем. Примечания Примечания (notes) в языке UML предназначены для включения в модель произвольной текстовой информации, имеющей непосредственное отношение к контексту разрабатываемого проекта. В качестве такой информации могут быть комментарии разработчика (например, дата и версия разработки диаграммы или ее отдельных компонентов), ограничения (например, на значения отдельных связей или экземпляры сущностей) и помеченные значения. Применительно к диаграммам вариантов использования примечание может носить самую общую информацию, относящуюся к общему контексту системы. Графически примечания обозначаются прямоугольником с "загнутым" верхним правым уголком (рис. 12.5). Внутри прямоугольника содержится текст примечания. Примечание может относиться к любому элементу диаграммы, в этом случае их соединяет пунктирная линия. Если примечание относится к нескольким элементам, то от него проводятся, соответственно, несколько линий. Разумеется, примечания могут присутствовать не только на диаграмме вариантов использования, но и на других канонических диаграммах. 207 Рис. 12.5. Примеры примечаний в языке UML Если в примечании указывается ключевое слово "constraint", то данное примечание является ограничением, налагаемым на соответствующий элемент модели, но не на саму диаграмму. При этом запись ограничения заключается в фигурные скобки и должна соответствовать правилам правильного построения выражений языка ОСL. Более подробно язык объектных ограничений и примеры его использования будут рассмотрены в приложении. Однако для диаграмм вариантов использования ограничения включать в модели не рекомендуется, поскольку они достаточно жестко регламентируют отдельные аспекты системы. Подобная регламентация противоречит неформальному характеру общей модели системы, в качестве которой выступает диаграмма вариантов использования. Отношения на диаграмме вариантов использования Между компонентами диаграммы вариантов использования могут существовать различные отношения, которые описывают взаимодействие экземпляров одних актеров и вариантов использования с экземплярами других актеров и вариантов. Один актер может взаимодействовать с несколькими вариантами использования. В этом случае этот актер обращается к нескольким сервисам данной системы. В свою очередь один вариант использования может взаимодействовать с несколькими актерами, предоставляя для всех них свой сервис. Следует заметить, что два варианта использования, определенные для одной и той же сущности, не могут взаимодействовать друг с другом, поскольку каждый из них самостоятельно описывает законченный вариант использования этой сущности. Более того, варианты использования всегда предусматривают некоторые сигналы или сообщения, когда взаимодействуют с актерами за пределами системы. В то же время могут быть определены другие способы для взаимодействия с элементами внутри системы. В языке UML имеется несколько стандартных видов отношений между актерами и вариантами использования: Отношение ассоциации (association relationship) Отношение расширения (extend relationship) Отношение обобщения (generalization relationship) Отношение включения (include relationship) При этом общие свойства вариантов использования могут быть представлены тремя различными способами, а именно с помощью отношений расширения, обобщения и включения. Отношение ассоциации 208 Отношение ассоциации является одним из фундаментальных понятий в языке UML и в той или иной степени используется при построении всех графических моделей систем в форме канонических диаграмм. Применительно к диаграммам вариантов использования оно служит для обозначения специфической роли актера в отдельном варианте использования. Другими словами, ассоциация специфицирует семантические особенности взаимодействия актеров и вариантов использования в графической модели системы. Таким образом, это отношение устанавливает, какую конкретную роль играет актер при взаимодействии с экземпляром варианта использования. На диаграмме вариантов использования, так же как и на других диаграммах, отношение ассоциации обозначается сплошной линией между актером и вариантом использования. Эта линия может иметь дополнительные условные обозначения, такие, например, как имя и кратность (рис. 12.6). Рис. 12.6. Пример графического представления отношения ассоциации между актером и вариантом использования Кратность (multiplicity) ассоциации указывается рядом с обозначением компонента диаграммы, который является участником данной ассоциации. Кратность характеризует общее количество конкретных экземпляров данного компонента, которые могут выступать в качестве элементов данной ассоциации. Применительно к диаграммам вариантов использования кратность имеет специальное обозначение в форме одной или нескольких цифр и, возможно, специального символа "*" (звездочка). Примечание Возвращаясь к общей теории множеств, основы которой были рассмотрены в главе 2, следует заметить, что кратность представляет собой мощность множества экземпляров сущности, участвующей в данной ассоциации. Что касается самого понятия ассоциации, то это одна из наиболее общих форм отношений в языке UML. Для диаграмм вариантов использования наиболее распространенными являются четыре основные формы записи кратности отношения ассоциации: Целое неотрицательное число (включая цифру 0). Предназначено для указания кратности, которая является строго фиксированной для элемента соответствующей ассоциации. В этом случае количество экземпляров актеров или вариантов использования, которые могут выступать в качестве элементов отношения ассоциации, в точности равно указанному числу. Примером этой формы записи кратности ассоциации является указание кратности "1" для актера "Клиент банка" (рис. 12.6). Эта запись означает, что каждый экземпляр варианта использования "Оформить кредит для клиента банка" может иметь в качестве своего элемента единственный экземпляр актера "Клиент банка". Другими словами, при оформлении кредита в банке необходимо иметь в виду, что каждый конкретный кредит оформляется на единственного клиента этого банка. Два целых неотрицательных числа, разделенные двумя точками и записанные в виде: "первое число .. второе число". Данная запись в языке UML соответствует но- 209 тации для множества или интервала целых чисел, которая применяется в некоторых языках программирования для обозначения границ массива элементов. Эту запись следует понимать как множество целых неотрицательных чисел, следующих в последовательно возрастающем порядке: {первое_число, первое_число+1, первое_число+2, ..., второе_число]. Очевидно, что первое число должно быть строго меньше второго числа в арифметическом смысле, при этом первое число может быть равно 0. Пример такой формы записи кратности ассоциации — "1..5". Эта запись означает, что количество отдельных экземпляров данного компонента, которые могут выступать в качестве элементов данной ассоциации, равно некоторому заранее неизвестному числу из множества целых чисел {1, 2, 3, 4, 5}. Эта ситуация может иметь место, например, в случае рассмотрения в качестве актера — клиента банка, а в качестве варианта использования — процедуру открытия счета в банке. При этом количество отдельных счетов каждого клиента в данном банке, исходя из некоторых дополнительных соображений, может быть не больше 5. Эти дополнительные соображения как раз и являются внешними требованиями по отношению к проектируемой системе и определяются ее заказчиком на начальных этапах ООАП. Два символа, разделенные двумя точками. При этом первый из них является целым неотрицательным числом или 0, а второй — специальным символом "*". Здесь символ "*"обозначает произвольное конечное целое неотрицательное число, значение которого неизвестно на момент задания соответствующего отношения ассоциации. Пример такой формы записи кратности ассоциации — "2..*". Запись означает, что количество отдельных экземпляров данного компонента, которые могут выступать в качестве элементов данной ассоциации, равно некоторому заранее неизвестному числу из подмножества натуральных чисел: {2, 3, 4}. Единственный символ "*", который является сокращением записи интервала "0..*". В этом случае количество отдельных экземпляров данного компонента отношения ассоциации может быть любым целым неотрицательным числом. При этом 0 означает, что для некоторых экземпляров соответствующего компонента данное отношение ассоциации может вовсе не иметь места. В качестве примера этой записи можно привести кратность отношения ассоциации для варианта использования "Оформить кредит для клиента банка" (рис. 4.6). Здесь кратность "*" означает, что каждый отдельный клиент банка может оформить для себя несколько кредитов, при этом их общее число заранее неизвестно и ничем не ограничивается. При этом некоторые клиенты могут совсем не иметь оформленных на свое имя кредитов (вариант значения 0). Если кратность отношения ассоциации не указана, то по умолчанию принимается ее значение, равное 1. Более детальное описание семантических особенностей отношения ассоциации будет дано при рассмотрении других диаграмм в последующих лекция. Отношение расширения Отношение расширения определяет взаимосвязь экземпляров отдельного варианта использования с более общим вариантом, свойства которого определяются на основе спо- 210 соба совместного объединения данных экземпляров. В метамодели отношение расширения является направленным и указывает, что применительно к отдельным примерам некоторого варианта использования должны быть выполнены конкретные условия, определенные для расширения данного варианта использования. Так, если имеет место отношение расширения от варианта использования А к варианту использования В, то это означает, что свойства экземпляра варианта использования В могут быть дополнены благодаря наличию свойств у расширенного варианта использования А. Отношение расширения между вариантами использования обозначается пунктирной линией со стрелкой (вариант отношения зависимости), направленной от того варианта использования, который является расширением для исходного варианта использования. Данная линия со стрелкой помечается ключевым словом "extend" ("расширяет"), как показано на рис. 12.7. Рис. 12.7. Пример графического изображения отношения расширения между вариантами использования Отношение расширения отмечает тот факт, что один из вариантов использования может присоединять к своему поведению некоторое дополнительное поведение, определенное для другого варианта использования. Данное отношение включает в себя некоторое условие и ссылки на точки расширения в базовом варианте использования. Чтобы расширение имело место, должно быть выполнено определенное условие данного отношения. Ссылки на точки расширения определяют те места в базовом варианте использования, в которые должно быть помещено соответствующее расширение при выполнении условия. Один из вариантов использования может быть расширением для нескольких базовых вариантов, а также иметь в качестве собственных расширений несколько других вариантов. Базовый вариант использования может дополнительно никак не зависеть от своих расширений. Семантика отношения расширения определяется следующим образом. Если экземпляр варианта использования выполняет некоторую последовательность действий, которая определяет его поведение, и при этом имеется точка расширения на экземпляр другого варианта использования, которая является первой из всех точек расширения у исходного варианта, то проверяется условие данного отношения. Если условие выполняется, исходная последовательность действий расширяется посредством включения действий экземпляра другого варианта использования. Следует заметить, что условие отношения расширения проверяется лишь один раз — при первой ссылке на точку расширения, и если оно выполняется, то все расширяющие варианты использования вставляются в базовый вариант. В представленном выше примере (рис. 12.7) при оформлении заказа на приобретение товара только в некоторых случаях может потребоваться предоставление клиенту каталога всех товаров. При этом условием расширения является запрос от клиента на получение каталога товаров. Очевидно, что после получения каталога клиенту необходимо некоторое время на его изучение, в течение которого оформление заказа приостанавливается. После ознакомления с каталогом клиент решает либо в пользу выбора отдельного товара, либо отказа от покупки вообще. Сервис или вариант использования "Оформить заказ на приобретение товара" может отреагировать на выбор клиента уже после того, как клиент получит для ознакомления каталог товаров. 211 Рис. 12.8. Графическое изображение отношения расширения с примечаниями условий выполнения вариантов использования Точка расширения может быть как отдельной точкой в последовательности действий, так и множеством отдельных точек. Важно представлять себе, что если отношение расширения имеет некоторую последовательность точек расширения, только первая из них может определять множество отдельных точек. Все остальные должны определять в точности одну такую точку. Какая из точек должна быть первой точкой расширения, т. е. определяться единственным расширением. Такие ссылки на расположение точек расширения могут быть представлены различными способами, например, с помощью текста примечания на естественном языке (рис. 12.8), пред- и постусловий, а также с использованием имен состояний в автомате. Отношение обобщения Отношение обобщения служит для указания того факта, что некоторый вариант использования А может быть обобщен до варианта использования В. В этом случае вариант А будет являться специализацией варианта В. При этом В называется предком или родителем по отношению А, а вариант А — потомком по отношению к варианту использования В. Следует подчеркнуть, что потомок наследует все свойства и поведение своего родителя, а также может быть дополнен новыми свойствами и особенностями поведения. Графически данное отношение обозначается сплошной линией со стрелкой в форме незакрашенного треугольника, которая указывает на родительский вариант использования (рис. 12.9). Эта линия со стрелкой имеет специальное название — стрелка "обобщение". Рис. 12.9. Пример графического изображения отношения обобщения между вариантами использования Отношение обобщения между вариантами использования применяется в том случае, когда необходимо отметить, что дочерние варианты использования обладают всеми атрибутами и особенностями поведения родительских вариантов. При этом дочерние варианты использования участвуют во всех отношениях родительских вариантов. В свою очередь, дочерние варианты могут наделяться новыми свойствами поведения, которые отсутствуют у родительских вариантов использования, а также уточнять или модифицировать наследуемые от них свойства поведения. Применительно к данному отношению, один вариант использования может иметь несколько родительских вариантов. В этом случае реализуется множественное наследование свойств и поведения отношения предков: С другой стороны, один вариант использо- 212 вания может быть предком для нескольких дочерних вариантов, что соответствует таксономическому характеру отношения обобщения. Между отдельными актерами также может существовать отношение обобщения. Данное отношение является направленным и указывает на факт специализации одних актеров относительно других. Например, отношение обобщения от актера А к актеру В отмечает тот факт, что каждый экземпляр актера А является одновременно экземпляром актера В и обладает всеми его свойствами. В этом случае актер В является родителем по отношению к актеру А, а актер А, соответственно, потомком актера В. При этом актер А обладает способностью играть такое же множество ролей, что и актер В. Графически данное отношение также обозначается стрелкой обобщения, т. е. сплошной линией со стрелкой в форме незакрашенного треугольника, которая указывает на родительского актера (рис. 12.10). Рис. 12.10. Пример графического изображения отношения обобщения между актерами Отношение включения Отношение включения между двумя вариантами использования указывает, что некоторое заданное поведение для одного варианта использования включается в качестве составного компонента в последовательность поведения другого варианта использования. Данное отношение является направленным бинарным отношением в том смысле, что пара экземпляров вариантов использования всегда упорядочена в отношении включения. Семантика этого отношения определяется следующим образом. Когда экземпляр первого варианта использования в процессе своего выполнения достигает точки включения в последовательность поведения экземпляра второго варианта использования, экземпляр первого варианта использования выполняет последовательность действий, определяющую поведение экземпляра второго варианта использования, после чего продолжает выполнение действий своего поведения. При этом предполагается, что даже если экземпляр первого варианта использования может иметь несколько включаемых в себя экземпляров других вариантов, выполняемые ими действия должны закончиться к некоторому моменту, после чего должно быть продолжено выполнение прерванных действий экземпляра первого варианта использования в соответствии с заданным для него поведением. Один вариант использования может быть включен в несколько других вариантов, а также включать в себя другие варианты. Включаемый вариант использования может быть независимым от базового варианта в том смысле, что он предоставляет последнему некоторое инкапсулированное поведение, детали реализации которого скрыты от последнего и могут быть легко перераспределены между несколькими включаемыми вариантами использования. Более того, базовый вариант может зависеть только от результатов выполнения включаемого в него поведения, но не от структуры включаемых в него вариантов. Отношение включения, направленное от варианта использования А к варианту использования В, указывает, что каждый экземпляр варианта А включает в себя функциональные свойства, заданные для варианта В. Эти свойства специализируют поведение соответствующего варианта А на данной диаграмме. Графически данное отношение обозначается пунктирной линией со стрелкой (вариант отношения зависимости), направленной 213 от базового варианта использования к включаемому. При этом данная линия со стрелкой помечается ключевым словом "include" ("включает"), как показано на рис. 12.11. Рис. 12.11. Пример графического изображения отношения включения между вариантами использования Примечание Следует заметить, что рассмотренные три последних отношения могут существовать только между вариантами использования, которые определены для одной и той же сущности. Причина этого заключается в том, что поведение некоторой сущности обусловлено вариантами использования только этой сущности. Другими словами, все экземпляры варианта использования выполняются лишь внутри данной сущности. Если некоторый вариант использования должен иметь отношение обобщения, включения или расширения с вариантом использования другой сущности, получаемые в результате экземпляры вариантов должны быть включены в обе сущности, что противоречит семантическим правилам представления элементов языка UML. Однако эти отношения, определенные в пределах одной сущности, могут быть использованы в пределах другой сущности, если обе сущности связаны между собой отношением обобщения. В этом случае поведение соответствующих вариантов использования подчиняется общим правилам наследования свойств и поведения сущности-предка всеми дочерними сущностями. Раздел 12.2. Пример построения диаграммы вариантов использования В качестве примера рассмотрим процесс моделирования системы продажи товаров по каталогу, которая может быть использована при создании соответствующих информационных систем. В качестве актеров данной системы могут выступать два субъекта, один из которых является продавцом, а другой — покупателем. Каждый из этих актеров взаимодействует с рассматриваемой системой продажи товаров по каталогу и является ее пользователем, т. е. они оба обращаются к соответствующему сервису "Оформить заказ на покупку товара". Как следует из существа выдвигаемых к системе требований, этот сервис выступает в качестве варианта использования разрабатываемой диаграммы, первоначальная структура которой может включать в себя только двух указанных актеров и единственный вариант использования (рис. 12.12). Рис. 12.12. Исходная диаграмма вариантов использования для примера разработки системы продажи товаров по каталогу Значения указанных на данной диаграмме кратностей отражают общие правила или логику оформления заказов на покупку товаров. Согласно этим правилам, один продавец 214 может участвовать в оформлении нескольких заказов, в то же время каждый заказ может быть оформлен только одним продавцом, который несет ответственность за корректность его оформления и, в связи с этим, будет иметь агентское вознаграждение за его оформление. С другой стороны, каждый покупатель может оформлять на себя несколько заказов, но, в то же время, каждый заказ должен быть оформлен на единственного покупателя, к которому переходят права собственности на товар после его оплаты. Примечание Рассмотренные выше примеры значений для кратности отношения ассоциации могут вызвать невольное восхищение глубиной своей семантики, которая в единственном специальном символе отражает вполне определенные логические условия реализации соответствующих компонентов диаграммы вариантов использования. На следующем этапе разработки данной диаграммы вариант использования "Оформить заказ на покупку товара" может быть уточнен на основе введения в рассмотрение четырех дополнительных вариантов использования. Это следует из более детального анализа процесса продажи товаров, что позволяет выделить в качестве отдельных сервисов такие действия, как обеспечить покупателя информацией о товаре, согласовать условия оплаты товара и заказать товар со склада. Вполне очевидно, что указанные действия раскрывают поведение исходного варианта использования в смысле его конкретизации, и поэтому между ними будет иметь место отношение включения. С другой стороны, продажа товаров по каталогу предполагает наличие самостоятельного информационного объекта — каталога товаров, который в некотором смысле не зависит от реализации сервиса по обслуживанию покупателей. В нашем случае, каталог товаров может запрашиваться покупателем или продавцом при необходимости выбора товара и уточнения деталей его продажи. Вполне резонно представить сервис "Запросить каталог товаров" в качестве самостоятельного варианта использования. Полученная в результате последующей детализации уточненная диаграмма вариантов использования будет содержать 5 вариантов использования и 2 актеров (рис. 12.13), между которыми установлены отношения включения и расширения. Рис. 12.13. Уточненный вариант диаграммы вариантов использования для примера системы продажи товаров по каталогу 215 Приведенная выше диаграмма вариантов использования, в свою очередь, может быть детализирована далее с целью более глубокого уточнения предъявляемых к системе требований и конкретизации деталей ее последующей реализации. В рамках общей парадигмы ООАП подобная детализация может выполняться в двух основных направлениях. С одной стороны, детализация может быть выполнена на основе установления дополнительных отношений типа отношения "обобщение-специализация" для уже имеющихся компонентов диаграммы вариантов использования. Так, в рамках рассматриваемой системы продажи товаров может иметь самостоятельное значение и специфические особенности отдельная категория товаров — компьютеры. В этом случае диаграмма может быть дополнена вариантом использования "Оформить заказ на покупку компьютера" и актерами "Покупатель компьютера" и "Продавец компьютеров", которые связаны с соответствующими компонентами диаграммы отношением обобщения (рис. 12.14). Уточненный таким способом вариант диаграммы вариантов использования содержит одну важную особенность, которую необходимо отметить. А именно, хотя на данной диаграмме (рис. 12.14) отсутствуют изображения линий отношения ассоциации между актером "Продавец компьютеров" и вариантом использования "Оформить заказ на покупку компьютера", а также между актером "Покупатель компьютера" и вариантом использования "Оформить заказ на покупку компьютера", наличие отношения обобщения между соответствующими компонентами позволяет им наследовать отношение ассоциации от своих предков. Поскольку принцип наследования является одним из фундаментальных принципов объектно-ориентированного программирования, в нашем примере можно с уверенностью утверждать, что эти линии отношения ассоциации с соответствующими кратностями присутствуют на данной диаграмме в скрытом виде. Рис. 12.14. Один из вариантов последующего уточнения диаграммы вариантов использования для примера рассматриваемой системы продажи Для пояснения изложенного можно привести фрагмент диаграммы вариантов использования для рассмотренного примера, на котором явно указаны отношения ассоциации между дочерними компонентами (рис. 12.15). Данное изображение фрагмента диаграммы приводится с методической целью, при этом остальные компоненты диаграммы, которые остались без изменений, условно отмечены многоточием. 216 Рис. 4.15. Фрагмент диаграммы вариантов использования, который в неявном виде присутствует на уточненной диаграмме с отношением ассоциации между отдельными компонентами Примечание Строго говоря, приведенное выше изображение фрагмента диаграммы не является допустимым с точки зрения нотации языка UML Причиной этого следует считать многоточие, которое не может быть использовано в подобной интерпретации. Тем не менее, данное изображение иллюстрирует основные идеи наследования свойств и поведения, которые неявно могут присутствовать в графических моделях сложных систем. С другой стороны, следует всегда помнить, что эта информация является избыточной с точки зрения семантики языка UML, а значит может быть опущена, что и было сделано на предыдущей диаграмме (см. рис. 12.14). Второе из основных направлений детализации диаграмм вариантов использования связано с последующей структуризацией ее отдельных компонентов в форме элементов других диаграмм. Например, конкретные особенности реализации вариантов использования в терминах взаимодействующих объектов, определенных в виде классов данной сущности, могут быть заданы на диаграмме кооперации. Указанное направление отражает основные особенности ООАП применительно к их реализации в языке UML. Эти особенности являются предметом рассмотрения во всех последующих лекциях. Построение диаграммы вариантов использования является самым первым этапом процесса объектно-ориентированного анализа и проектирования, цель которого — представить совокупность требований к поведению проектируемой системы. Спецификация требований к проектируемой системе в форме диаграммы вариантов использования представляет собой самостоятельную модель, которая в языке UML получила название модели вариантов использования и имеет свое специальное стандартное имя или стереотип "useCaseModel". В последующем все заданные в этой модели требования представляются в виде общей модели системы, которая состоит из пакета Системы. Последний в свою очередь может представлять собой иерархию пакетов, на самом верхнем уровне которых содержится множество классов модели проектируемой системы. Если же пакет системы со стандартным именем "topLevel Package" является подсистемой, то ее абстрактное поведение в точности такое же, как и у исходной системы. Раздел 12.3. Рекомендации по разработке диаграмм вариантов использования Главное назначение диаграммы вариантов использования заключается в формализации функциональных требований к системе с помощью понятий соответствующего пакета и возможности согласования полученной модели с заказчиком на ранней стадии проектирования. Любой из вариантов использования может быть подвергнут дальнейшей декомпозиции на множество подвариантов использования отдельных элементов, которые образуют исходную сущность. Рекомендуемое общее количество актеров в модели — не 217 более 20, а вариантов использования — не более 50. В противном случае модель теряет свою наглядность и, возможно, заменяет собой одну из некоторых других диаграмм. Семантика построения диаграммы вариантов использования должна определяться следующими особенностями рассмотренных выше элементов модели. Отдельный экземпляр варианта использования по своему содержанию является выполнением последовательности действий, которая инициализируется посредством экземпляра сообщения от экземпляра актера. В качестве отклика или ответной реакции на сообщение актера экземпляр варианта использования выполняет последовательность действий, установленную для данного варианта использования. Экземпляры актеров могут генерировать новые экземпляры сообщений для экземпляров вариантов использования. Подобное взаимодействие будет продолжаться до тех пор, пока не закончится выполнение требуемой последовательности действий экземпляром варианта использования, и соответствующий экземпляр актера (и никакой другой) не получит требуемый экземпляр сервиса. Окончание взаимодействия означает отсутствие инициализации экземпляров сообщений от экземпляров актеров для соответствующих экземпляров вариантов использования. Варианты использования могут быть специфицированы в виде текста, а в последующем — с помощью операций и методов вместе с атрибутами, в виде графа деятельности, посредством автомата или любого другого механизма описания поведения, включающего предусловия и постусловия. Взаимодействие между вариантами использования и актерами может уточняться на диаграмме кооперации, когда описываются взаимосвязи между сущностью, содержащей эти варианты использования, и окружением или внешней средой этой сущности. В случае, когда для представления иерархической структуры проектируемой системы используются подсистемы, система может быть определена в виде вариантов использования на всех уровнях. Отдельные подсистемы или классы могут выступать в роли таких вариантов использования. При этом вариант, соответствующий некоторому из этих элементов, в последующем может уточняться множеством более мелких вариантов использования, каждый из которых будет определять сервис элемента модели, содержащийся в сервисе исходной системы. Вариант использования в целом может рассматриваться как суперсервис для уточняющих его подвариантов, которые, в свою очередь, могут рассматриваться как подсервисы исходного варианта использования. Функциональность, определенная для более общего варианта использования, полностью наследуется всеми вариантами нижних уровней. Однако следует заметить, что структура элемента-контейнера не может быть представлена вариантами использования, поскольку они могут представлять только функциональность отдельных элементов модели. Подчиненные варианты использования кооперируются для совместного выполнения суперсервиса варианта использования верхнего уровня. Эта кооперация также может быть представлена на диаграмме кооперации в виде совместных действий отдельных элементов модели. Отдельные варианты использования нижнего уровня могут участвовать в нескольких кооперациях, т. е. играть определенную роль при выполнении сервисов нескольких вариантов верхнего уровня. Для отдельных таких коопераций могут быть определены соответствующие роли актеров, взаимодействующих с конкретными вариантами использования нижнего уровня. Эти роли будут играть актеры нижнего уровня модели системы. Хотя некоторые из таких актеров могут быть актерами верхнего уровня, это не противоречит принятым в языке UML семантическим правилам построения диаграмм вариантов использования. Более того, интерфейсы вариантов использования верхнего уровня могут полностью совпадать по своей структуре с соответствующими интерфейсами вариантов нижнего уровня. Окружение вариантов использования нижнего уровня является самостоятельным элементом модели, который в свою очередь содержит другие элементы модели, опреде- 218 ленные для этих вариантов использования. Таким образом, с точки зрения общего представления верхнего уровня взаимодействие между вариантами использования нижнего уровня определяет результат выполнения сервиса варианта верхнего уровня. Отсюда следует, что в языке UML вариант использования является элементом-контейнером. Варианты использования классов соответствуют операциям этого класса, поскольку сервис класса является по существу выполнением операций данного класса. Некоторые варианты использования могут соответствовать применению только одной операции, в то время как другие — конечного множества операций, определенных в виде последовательности операций. В то же время одна операция может быть необходима для выполнения нескольких сервисов класса и поэтому будет появляться в нескольких вариантах использования этого класса. Реализация варианта использования зависит от типа элемента модели, в котором он определен. Например, поскольку варианты использования класса определяются посредством операций этого класса, они реализуются соответствующими методами. С другой стороны, варианты использования подсистемы реализуются элементами, из которых состоит данная подсистема. Поскольку подсистема не имеет своего собственного поведения, все предлагаемые подсистемой сервисы должны представлять собой композицию сервисов, предлагаемых отдельными элементами этой подсистемы, т. е., в конечном итоге, классами. Эти элементы могут взаимодействовать друг с другом для совместного обеспечения требуемого поведения отдельного варианта использования. Такое совместное обеспечение требуемого поведения описывается специальным элементом языка UML — кооперация или сотрудничество, который будет рассмотрен позже. Здесь лишь отметим, что кооперации используются как для уточнения спецификаций в виде вариантов использования нижних уровней диаграммы, так и для описания особенностей их последующей реализации. Если в качестве моделируемой сущности выступает система или подсистема самого верхнего уровня, то отдельные пользователи вариантов использования этой системы моделируются актерами. Такие актеры, являясь внутренними по отношению к моделируемым подсистемам нижних уровней, часто в явном виде не указываются, хотя и присутствуют неявно в модели подсистемы. Вместо этого варианты использования непосредственно обращаются к тем модельным элементам, которые содержат в себе подобные неявные актеры, т. е. экземпляры которых играют роли таких актеров при взаимодействии с вариантами использования. Эти модельные элементы могут содержаться в других пакетах или подсистемах. В последнем случае роли определяются в том пакете, к которому относится соответствующая подсистема. С системно-аналитической точки зрения построение диаграммы вариантов использования специфицирует не только функциональные требования к проектируемой системе, но и выполняет исходную структуризацию предметной области. Последняя задача сочетает в себе не только следование техническим рекомендациям, но и является в некотором роде искусством, умением выделять главное в модели системы. Хотя рациональный унифицированный процесс не исключает итеративный возврат в последующем к диаграмме вариантов использования для ее модификации, не вызывает сомнений тот факт, что любая подобная модификация потребует, как по цепочке, изменений во всех других представлениях системы. Поэтому всегда необходимо стремиться к возможно более точному представлению модели именно в форме диаграммы вариантов использования. Если же варианты использования применяются для спецификации части системы, то они будут эквивалентны соответствующим вариантам использования в модели подсистемы для части соответствующего пакета. Важно понимать, что все сервисы системы должны быть явно определены на диаграмме вариантов использования, и никаких других сервисов, которые отсутствуют на данной диаграмме, проектируемая система не может выполнять по определению. Более того, если для моделирования реализации системы используются сразу несколько моделей (например, модель анализа и модель проектирова- 219 ния), то множество вариантов использования всех пакетов системы должно быть эквивалентно множеству вариантов использования модели в целом. Выводы по теме 12 Визуальное моделирование в UML можно представить как некоторый процесс поуровневого спуска от наиболее обшей и абстрактной концептуальной модели исходной системы к логической, а затем и к физической модели соответствующей программной системы. В самом общем случае, диаграмма вариантов использования представляет собой граф специального вида, который является графической нотацией для представления конкретных вариантов использования, актеров, возможно некоторых интерфейсов, и отношений между этими элементами. Теоретические вопросы по теме 12 Что такое вариант использования? Что такое актёр? Что такое связь? Какие типы связей вы знаете? Опишите процесс создания диаграммы вариантов использования. 220 Лекция 13 Тема 13. Диаграмма классов Раздел 13.1. Диаграмма классов Центральное место в ООАП занимает разработка логической модели системы в виде диаграммы классов. Нотация классов в языке UML проста и интуитивно понятна всем, кто когда-либо имел опыт работы с CASE-инструментариями. Схожая нотация применяется и для объектов — экземпляров класса, с тем различием, что к имени класса добавляется имя объекта и вся надпись подчеркивается. Нотация UML предоставляет широкие возможности для отображения дополнительной информации (абстрактные операции и классы, стереотипы, общие и частные методы, детализированные интерфейсы, параметризованные классы). При этом возможно использование графических изображений для ассоциаций и их специфических свойств, таких как отношение агрегации, когда составными частями класса могут выступать другие классы. Диаграмма классов (class diagram) служит для представления статической структуры модели системы в терминологии классов объектно-ориентированного программирования. Диаграмма классов может отражать, в частности, различные взаимосвязи между отдельными сущностями предметной области, такими как объекты и подсистемы, а также описывает их внутреннюю структуру и типы отношений. На данной диаграмме не указывается информация о временных аспектах функционирования системы. С этой точки зрения диаграмма классов является дальнейшим развитием концептуальной модели проектируемой системы. Диаграмма классов представляет собой некоторый граф, вершинами которого являются элементы типа "классификатор", которые связаны различными типами структурных отношений. Следует заметить, что диаграмма классов может также содержать интерфейсы, пакеты, отношения и даже отдельные экземпляры, такие как объекты и связи. Когда говорят о данной диаграмме, имеют в виду статическую структурную модель проектируемой системы. Поэтому диаграмму классов принято считать графическим представленном таких структурных взаимосвязей логической модели системы, которые не зависят или инвариантны от времени. Диаграмма классов состоит из множества элементов, которые в совокупности отражают декларативные знания о предметной области. Эти знания интерпретируются в базовых понятиях языка UML, таких как классы, интерфейсы и отношения между ними и их составляющими компонентами. При этом отдельные компоненты этой диаграммы могут образовывать пакеты для представления более общей модели системы. Если диаграмма классов является частью некоторого пакета, то ее компоненты должны соответствовать элементам этого пакета, включая возможные ссылки на элементы из других пакетов. В общем случае пакет статической структурной модели может быть представлен в виде одной или нескольких диаграмм классов. Декомпозиция некоторого представления на отдельные диаграммы выполняется с целью удобства и графической визуализации структурных взаимосвязей предметной области. При этом компоненты диаграммы соответствуют элементам статической семантической модели. Модель системы, в свою очередь, должна быть согласована с внутренней структурой классов, которая описывается на языке UML. Класс Класс (class) в языке UML служит для обозначения множества объектов, которые обладают одинаковой структурой, поведением и отношениями с объектами из других 221 классов. Графически класс изображается в виде прямоугольника, который дополнительно может быть разделен горизонтальными линиями на разделы или секции (рис. 13.1). В этих разделах могут указываться имя класса, атрибуты (переменные) и операции (методы). Рис. 13.1. Графическое изображение класса на диаграмме классов Обязательным элементов обозначения класса является его имя. На начальных этапах разработки диаграммы отдельные классы могут обозначаться простым прямоугольником с указанием только имени соответствующего класса (рис. 13.1, а). По мере проработки отдельных компонентов диаграммы описания классов дополняются атрибутами (рис. 13.1, б) и операциями (рис. 13.1, в). Предполагается, что окончательный вариант диаграммы содержит наиболее полное описание классов, которые состоят из трех разделов или секций. Иногда в обозначениях классов используется дополнительный четвертый раздел, в котором приводится семантическая информация справочного характера или явно указываются исключительные ситуации. Даже если секция атрибутов и операций является пустой, в обозначении класса она выделяется горизонтальной линией, чтобы сразу отличить класс от других элементов языка UML. Примеры графического изображения классов на диаграмме классов приведены на рис. 13.2. В первом случае для класса "Прямоугольник" (рис. 13.2, а) указаны только его атрибуты — точки на координатной плоскости, которые определяют его расположение. Для класса "Окно" (рис. 13.2, б) указаны только его операции, секция атрибутов оставлена пустой. Для класса "Счет" (рис. 13.2, в) дополнительно изображена четвертая секция, в которой указано исключение — отказ от обработки просроченной кредитной карточки. Рис.13.2. Примеры графического изображения классов на диаграмме Имя класса Имя класса должно быть уникальным в пределах пакета, который описывается некоторой совокупностью диаграмм классов (возможно, одной диаграммой). Оно указывается в первой верхней секции прямоугольника. В дополнение к общему правилу наимено- 222 вания элементов языка UML, имя класса записывается по центру секции имени полужирным шрифтом и должно начинаться с заглавной буквы. Рекомендуется в качестве имен классов использовать существительные, записанные по практическим соображениям без пробелов. Необходимо помнить, что именно имена классов образуют словарь предметной области при ООАП. В первой секции обозначения класса могут находиться ссылки на стандартные шаблоны или абстрактные классы, от которых образован данный класс и, соответственно, от которых он наследует свойства и методы. В этой секции может приводиться информация о разработчике данного класса и статус состояния разработки, а также могут записываться и другие общие свойства этого класса, имеющие отношение к другим классам диаграммы или стандартным элементам языка UML. Примерами имен классов могут быть такие существительные, как "Сотрудник", "Компания", "Руководитель", "Клиент", "Продавец", "Менеджер", "Офис" и многие другие, имеющие непосредственное отношение к моделируемой предметной области и функциональному назначению проектируемой системы. Класс может не иметь экземпляров или объектов. В этом случае он называется абстрактным классом, а для обозначения его имени используется наклонный шрифт (курсив). В языке UML принято общее соглашение о том, что любой текст, относящийся к абстрактному элементу, записывается курсивом. Данное обстоятельство является семантическим аспектом описания соответствующих элементов языка UML. Примечание В некоторых случаях необходимо явно указать, к какому пакету относится тот или иной класс. Для этой цели используется специальный символ разделитель — двойное двоеточие "::". Синтаксис строки имени класса в этом случае будет следующий <Имя_пакета>::<Имя_класса>. Другими словами, перед именем класса должно быть явно указано имя пакета, к которому его следует отнести. Например, если определен пакет с именем "Банк", то класс "Счет" в этом банке может быть записан в виде: "Банк::Счет". Атрибуты класса Во второй сверху секции прямоугольника класса записываются его атрибуты (attributes) или свойства. В языке UML принята определенная стандартизация записи атрибутов класса, которая подчиняется некоторым синтаксическим правилам. Каждому атрибуту класса соответствует отдельная строка текста, которая состоит из квантора видимости атрибута, имени атрибута, его кратности, типа значений атрибута и, возможно, его исходного значения: <квантор видимости><имя атрибута>[кратность]: <тип атрибута> = <исходное значение>{строка-свойство} Квантор видимости может принимать одно из трех возможных значений и, соответственно, отображается при помощи специальных символов: Символ "+" обозначает атрибут с областью видимости типа общедоступный (public). Атрибут с этой областью видимости доступен или виден из любого другого класса пакета, в котором определена диаграмма. Символ "#" обозначает атрибут с областью видимости типа защищенный (protected). Атрибут с этой областью видимости недоступен или невиден для всех классов, за исключением подклассов данного класса. 223 И, наконец, знак "-" обозначает атрибут с областью видимости типа закрытый (private). Атрибут с этой областью видимости недоступен или невиден для всех классов без исключения. Квантор видимости может быть опущен. В этом случае его отсутствие просто означает, что видимость атрибута не указывается. Эта ситуация отличается от принятых по умолчанию соглашений в традиционных языках программирования, когда отсутствие квантора видимости трактуется как public или private. Однако вместо условных графических обозначений можно записывать соответствующее ключевое слово: public, protected, private. Примечание Поскольку язык UML инвариантен относительно реализации своих конструкций в конкретных языках программирования, семантика отдельных кванторов видимости не является строго фиксированной. Значения этих кванторов должны дополнительно уточняться пояснительным текстом на естественном языке или соглашением по использованию соответствующих программно-зависимых синтаксических конструкций. Имя атрибута представляет собой строку текста, которая используется в качестве идентификатора соответствующего атрибута и поэтому должна быть уникальной в пределах данного класса. Имя атрибута является единственным обязательным элементом синтаксического обозначения атрибута. Кратность атрибута характеризует общее количество конкретных атрибутов данного типа, входящих в состав отдельного класса. В общем случае кратность записывается в форме строки текста в квадратных скобках после имени соответствующего атрибута: [нижняя_граница1 .. верхняя_граница1, нuжняя_гpaнuцak .. верхняя_границаk], нижняя_граница2.. верхняя_грашца2, ..., где нижняя_граница и верхняя_граница являются положительными целыми числами, каждая пара которых служит для обозначения отдельного замкнутого интервала целых чисел, у которого нижняя (верхняя) граница равна значению нижняя_граница (верхняя_граница). В целом данное условное обозначение кратности соответствует теоретикомножественному объединению соответствующих интервалов. В качестве верхней_границы может использоваться специальный символ "*", который означает произвольное положительное целое число. Другими словами, это означает неограниченное сверху значение кратности соответствующего атрибута. Значения кратности из интервала следуют в монотонно возрастающем порядке без пропуска отдельных чисел, лежащих между нижней и верхней границами. При этом придерживаются следующего правила: соответствующие нижние и верхние границы интервалов включаются в значение кратности. Если в качестве кратности указывается единственное число, то кратность атрибута принимается равной данному числу. Если же указывается единственный знак "*", то это означает, что кратность атрибута может быть произвольным положительным целым числом или нулем. В качестве примера рассмотрим следующие варианты задания кратности атрибутов. [0..1] означает, что кратность атрибута может принимать значение О или 1. При этом 0 означает отсутствие значения для данного атрибута. [0..*] означает, что кратность атрибута может принимать любое положительное целое значение большее или равное 0. Эта кратность может быть записана короче в виде простого символа — [*]. 224 [1.:*] означает, что кратность атрибута может принимать любое положительное целое значение большее или равное 1. [1..5] означает, что кратность атрибута может принимать любое значение из чисел: 1, 2, 3, 4, 5. [1..3,5,7] означает, что кратность атрибута может принимать любое значение из чисел: 1, 2, 3, 5, 7. [1..3,7.. 10] означает, что кратность атрибута может принимать любое значение из чисел: 1, 2, 3, 7, 8, 9, 10. [1..3,7..*] означает, что кратность атрибута может принимать любое значение из чисел: 1, 2, 3, а также любое положительное целое значение большее или равное 7. Если кратность атрибута не указана, то по умолчанию принимается ее значение равное 1..1, т. е. в точности 1. Тип атрибута представляет собой выражение, семантика которого определяется языком спецификации соответствующей модели. В нотации UML тип атрибута иногда определяется в зависимости от языка программирования, который предполагается использовать для реализации данной модели. В простейшем случае тип атрибута указывается строкой текста, имеющей осмысленное значение в пределах пакета или модели, к которым относится рассматриваемый класс. Можно привести следующие примеры задания имен и типов атрибутов классов: цвет: Соlоr — здесь цвет является именем атрибута, Color — именем типа данного атрибута. Указанная запись может определять традиционно используемую RGBмодель (красный, зеленый, синий) для представления цвета. В этом случае имя типа Color как раз и характеризует семантическую конструкцию, которая применяется в большинстве языков программирования для представления цвета. имя_сотрудника [1..2] : String — здесь имя_сотрудника является именем атрибута, который служит для представления информации об имени, а возможно, и отчестве конкретного сотрудника. Тип атрибута String (Строка) как раз и указывает на тот факт, что отдельное значение имени представляет собой строку текста из одного или двух слов (например, "Кирилл" или "Дмитрий Иванович"). Поскольку во многих языках программирования существует тип данных String, использование соответствующего англоязычного термина не вызывает недоразумения у большинства программистов. Однако, хотя в языке UML все термины даются в англоязычном представлении, использование в качестве типа атрибута Строка в данной ситуации не исключается и определяется только соображениями удобства. видимость:Boolean — здесь видимость есть имя абстрактного атрибута (курсив здесь не случаен), который может характеризовать наличие визуального представления соответствующего класса на экране монитора. В этом случае тип Boolean означает, что возможными значениями данного атрибута является одно из двух логических значений: истина (true) или ложь (false). При этом значение истина может соответствовать наличию графического изображения на экране монитора, а значение ложь — его отсутствию, о чем дополнительно указывается в пояснительном тексте. Поскольку кратность атрибута видимость не указана, она принимает значение 1 по умолчанию. В этой ситуации англоязычное имя типа атрибута вполне оправдано наличием соответствующего базового типа в языках программирования. Абстрактный характер данного атрибута обозначается курсивным текстом в записи данного атрибута. форма:Многоугольник — здесь имя атрибута форма может характеризовать такой класс, который является геометрической фигурой на плоскости. В этом случае тип атрибута Многоугольник указывает на тот факт, что отдельная геометрическая фигура может иметь форму треугольника, прямоугольника, ромба, пятиугольника и 225 любого другого многоугольника, но не окружности или эллипса. Вполне очевидно, что в данной ситуации использование соответствующего англоязычного термина вряд ли целесообразно, поскольку тип Многоугольник не является базовым для языков программирования. Исходное значение служит для задания некоторого начального значения для соответствующего атрибута в момент создания отдельного экземпляра класса. Здесь необходимо придерживаться правила принадлежности значения типу конкретного атрибута. Если исходное значение не указано, то значение соответствующего атрибута не определено на момент создания нового экземпляра класса. С другой стороны, конструктор соответствующего объекта может переопределять исходное значение в процессе выполнения программы, если в этом возникает необходимость. В качестве примеров исходных значений атрибутов можно привести следующие дополненные выше варианты задания атрибутов: цвет:Соlоr = (255, 0, 0) — в RGB-модели цвета это соответствует чистому красному цвету в качестве исходного значения для данного атрибута. имя_сотрудника[1..2]:String = Иван Иванович — возможно, это нетипичный случай, который, скорее, соответствует ситуации имя_руководителя[2]:81пп§ = Иван Иванович. видимость:Вооlеаn = истина — может соответствовать ситуации, когда в момент создания экземпляра класса создается видимое на экране монитора окно, соответствующее данному объекту. форма:Многоугольник = прямоугольник — вряд ли требует комментариев, поскольку здесь речь идет о геометрической форме создаваемого объекта. При задании атрибутов могут быть использованы две дополнительные синтаксические конструкции — это подчеркивание строки атрибута и пояснительный текст в фигурных скобках. Подчеркивание строки атрибута означает, что соответствующий атрибут может принимать подмножество значений из некоторой области значений атрибута, определяемой его типом. Эти значения можно рассматривать как набор однотипных записей или массив, которые в совокупности характеризуют каждый объект класса. Например, если некоторый атрибут задан в виде форма: Прямоугольник. то это будет означать, что все объекты данного класса могут иметь несколько различных форм, каждая из которых является прямоугольником. Другим примером может служить задание атрибута в виде номер_счета:Integer. что может означать для объекта Сотрудник наличие некоторого подмножества счетов, общее количество которых заранее не фиксируется. Строка-свойство служит для указания значений атрибута, которые не могут быть изменены в программе при работе с данным типом объектов. Фигурные скобки как раз и обозначают фиксированное значение соответствующего атрибута для класса в целом, которое должны принимать все вновь создаваемые экземпляры класса без исключения. Это значение принимается за исходное значение атрибута, которое не может быть переопределено в последующем. Отсутствие строки-свойства по умолчанию трактуется так, что значение соответствующего атрибута может быть изменено в программе. Например, строкасвойство в записи атрибута заработная_плата:Currency = = {$500} может служить для обозначения фиксированной заработной платы для каждого объекта класса "Сотрудник" определенной должности в некоторой организации. С другой стороны, запись данного атрибута в виде зара-ботная_плата: Currency = $500 означает уже нечто иное, а именно — при создании нового экземпляра Сотрудник (аналогия — прием на работу нового сотрудника) для него устанавливается по умолчанию заработная плата в $500. Однако для отдельных 226 сотрудников могут быть сделаны исключения как в большую, так и в меньшую сторону, о чем необходимо позаботиться дополнительно в программе. Операция В третьей сверху секции прямоугольника записываются операции или методы класса. Операция (operation) представляет собой некоторый сервис, предоставляющий каждый экземпляр класса по определенному требованию. Совокупность операций характеризует функциональный аспект поведения класса. Запись операций класса в языке UML также стандартизована и подчиняется определенным синтаксическим правилам. При этом каждой операции класса соответствует отдельная строка, которая состоит из квантора видимости операции, имени операции, выражения типа возвращаемого операцией значения и, возможно, строка-свойство данной операции: <квантор видимости><имя операции>(список параметров): <выражение типа возвращаемого значения>{строка-свойство} Квантор видимости, как и в случае атрибутов класса, может принимать одно из трех возможных значений и, соответственно, отображается при помощи специального символа. Символ "+" обозначает операцию с областью видимости типа общедоступный (public). Символ "#" обозначает операцию с областью видимости типа защищенный (protected). И, наконец, символ "-" используется для обозначения операции с областью видимости типа закрытый (private). Квантор видимости для операции может быть опущен. В этом случае его отсутствие просто означает, что видимость операции не указывается. Вместо условных графических обозначений также можно записывать соответствующее ключевое слово: public, protected, private. Примечание Применительно к конкретным языкам программирования могут быть определены дополнительные кванторы видимости. В этом случае подобные дополнения являются расширением базовой нотации и требуют соответствующих пояснений в форме текста на естественном языке или в виде строки-свойства. Имя операции представляет собой строку текста, которая используется в качестве идентификатора соответствующей операции и поэтому должна быть уникальной в пределах данного класса. Имя атрибута является единственным обязательным элементом синтаксического обозначения операции. Список параметров является перечнем разделенных запятой формальных параметров, каждый из которых может быть представлен в следующем виде: <вид параметра><имя параметра>:<выражение типа>=<значение параметра по умолчанию>. Здесь вид параметра — есть одно из ключевых слов in, out или inout со значением in по умолчанию, в случае если вид параметра не указывается. Имя параметра есть идентификатор соответствующего формального параметра. Выражение типа является зависимой от конкретного языка программирования спецификацией типа возвращаемого значения для соответствующего формального параметра. Наконец, значение по умолчанию в общем случае представляет собой выражение для значения формального параметра, синтаксис которого зависит от конкретного языка программирования и подчиняется принятым в нем ограничениям. 227 Выражение типа возвращаемого значения также является зависимой от языка реализации спецификацией типа или типов значений параметров, которые возвращаются объектом после выполнения соответствующей операции. Двоеточие и выражение типа возвращаемого значения могут быть опущены, если операция не возвращает никакого значения. Для указания кратности возвращаемого значения данная спецификация может быть записана в виде списка отдельных выражений. Строка-свойство служит для указания значений свойств, которые могут быть применены к данному элементу. Строка-свойство не является обязательной, она может отсутствовать, если никакие свойства не специфицированы. Операция с областью действия на весь класс показывается подчеркиванием имени и строки выражения типа. По умолчанию под областью операции понимается объект класса. В этом случае имя и строка выражения типа операции не подчеркиваются. Операция, которая не может изменять состояние системы и, соответственно, не имеет никакого побочного эффекта, обозначается строкой-свойством "{запрос}" ("{query}"). В противном случае операция может изменять состояние системы, хотя нет никаких гарантий, что она будет это делать. Для повышения производительности системы одни операции могут выполняться параллельно или одновременно, а другие — только последовательно. В этом случае для указания параллельности выполнения операции используется строка-свойство вида "{concurrency = имя}", где имя может принимать одно из следующих значений: последовательная (sequential), параллельная (concurrent), охраняемая (guarded). При этом придерживаются следующей семантики для данных значений: последовательная (sequential) — для данной операции необходимо обеспечить ее единственное выполнение в системе, одновременное выполнение других операций может привести к ошибкам или нарушениям целостности объектов класса. параллельная (concurrent) — данная операция в силу своих особенностей может выполняться параллельно с другими операциями в системе, при этом параллельность должна поддерживаться на уровне реализации модели. охраняемая (guarded) — все обращения к данной операции должны быть строго упорядочены во времени с целью сохранения целостности объектов данного класса, при этом могут быть приняты дополнительные меры по контролю исключительных ситуаций на этапе ее выполнения. С целью сокращения обозначений допускается использование одного имени в качестве строки-свойства для указания соответствующего значения параллельности. Отсутствие данной строки-свойства означает, что семантика параллельности для операции не определена. Поэтому следует предположить худший с точки зрения производительности случай, когда данная операция требует последовательного выполнения. Появление сигнатуры операции на самом верхнем уровне объявляет эту операцию на весь класс, при этом данная операция наследуется всеми потомками данного класса. Если в некотором классе операция не выполняется (т. е. некоторый метод не применяется), то такая операция может быть помечена как абстрактная "{abstract}". Другой способ показать абстрактный характер операции — записать ее сигнатуру курсивом. Подчиненное появление записи данной операции без свойства {абстрактная} указывает на тот факт, что соответствующий класс-потомок может выполнять данную операцию в качестве своего "метода. Если для некоторой операции необходимо дополнительно указать особенности ее реализации (например, алгоритм), то это может быть сделано в форме примечания, записанного в виде текста, который присоединяется к записи операции в соответствующей секции класса. Если объекты класса принимают и реагируют на некоторый сигнал, то запись данной операции помечается ключевым словом "сигнал" ("signal"). Это обозначение 228 равнозначно обозначению некоторой операции. Реакция объекта на прием сигнала может быть показана в виде некоторого автомата. Кроме других случаев эта нотация может быть использована, чтобы показать реакцию объектов класса на ошибочные ситуации или исключения, которые могут моделироваться как сигналы или сообщения. Поведение операции может быть указано дополнительно в форме присоединенного к операции примечания. В этом случае текст примечания заключается в скобки, если он представляет собой формальную спецификацию на некотором языке программирования и соответствует элементу "семантическое ограничение языка UML". В противном случае текст примечания является простым описанием на естественном языке и обозначается прямоугольником с "загнутым" верхним правым уголком. Список формальных параметров и тип возвращаемого значения могут не указываться. Квантор видимости атрибутов и операций может быть указан в виде специального значка или символа, которые используются для графического представления моделей в некотором инструментальном средстве. Имена операций, так же как и атрибутов, записываются со строчной (малой) буквы, а их типы — с заглавной (большой) буквы. При этом обязательной частью строки записи операции является наличие имени операции и круглых скобок. В качестве примеров записи операций можно привести следующие обозначения отдельных операций: +создать() — может обозначать абстрактную операцию по созданию отдельного объекта класса, которая является общедоступной и не содержит формальных параметров. Эта операция не возвращает никакого значения после своего выполнения. +нарисовать(форма: Многоугольник = прямоугольник, цвет_заливки: Color = (О, О, 255)) — может обозначать операцию по изображению на экране монитора прямоугольной области синего цвета, если не указываются другие значения в качестве аргументов данной операции. запросить_счет_клиента(номер_счета:1п1е§ег):Сиггепсу — обозначает операцию по установлению наличия средств на текущем счете клиента банка. При этом аргументом данной операции является номер счета клиента, который записывается в виде целого числа (например, "123456"). Результатом выполнения этой операции является некоторое число, записанное в принятом денежном формате (например, $1,500.00). выдать_сообщение():{"Ошибка деления на ноль"} — смысл данной операции не требует пояснения, поскольку содержится в строке-свойстве операции. Данное сообщение может появиться на экране монитора в случае попытки деления некоторого числа на ноль, что недопустимо. Отношения между классами Кроме внутреннего устройства или структуры классов на соответствующей диаграмме указываются различные отношения между классами. При этом совокупность типов таких отношений фиксирована в языке UML и предопределена семантикой этих типов отношений. Базовыми отношениями или связями в языке UML являются: Отношение зависимости (dependency relationship) Отношение ассоциации (association relationship) Отношение обобщения (generalization relationship) Отношение реализации (realization relationship) Каждое из этих отношений имеет собственное графическое представление на диаграмме, которое отражает взаимосвязи между объектами соответствующих классов. 229 Отношение зависимости Отношение зависимости в общем случае указывает некоторое семантическое отношение между двумя элементами модели или двумя множествами таких элементов, которое не является отношением ассоциации, обобщения или реализации. Оно касается только самих элементов модели и не требует множества отдельных примеров для пояснения своего смысла. Отношение зависимости используется в такой ситуации, когда некоторое изменение одного элемента модели может потребовать изменения другого зависимого от него элемента модели. Отношение зависимости графически изображается пунктирной линией между соответствующими элементами со стрелкой на одном из ее концов ("—>" или "<—"). На диаграмме классов данное отношение связывает отдельные классы между собой, при этом стрелка направлена от класса-клиента зависимости к независимому классу или классуисточнику (рис. 13.3). На данном рисунке изображены два класса: Класс_А и Кяасс_Б, при этом Класс_Б является источником некоторой зависимости, а Класс_А — клиентом этой зависимости. Рис. 13.3. Графическое изображение отношения зависимости на диаграмме классов В качестве класса-клиента и класса-источника зависимости могут выступать целые множества элементов модели. В этом случае одна линия со стрелкой, выходящая от источника зависимости, расщепляется в некоторой точке на несколько отдельных линий, каждая из которых имеет отдельную стрелку для класса-клиента. Например, если функционирование Класса_С зависит от особенностей реализации Класса_А и Класса_/>, то данная зависимость может быть изображена следующим образом (рис. 5.4). Рис. 13.4. Графическое представление зависимости между классом-клиентом (Класс_С) и классами-источниками (Класс_Л и Класс_Б) Стрелка может помечаться необязательным, но стандартным ключевым словом в кавычках и необязательным индивидуальным именем. Для отношения зависимости предопределены ключевые слова, которые обозначают некоторые специальные виды зависи- 230 мостей. Эти ключевые слова (стереотипы) записываются в кавычках рядом со стрелкой, которая соответствует данной зависимости. Примеры стереотипов для отношения зависимости представлены ниже: "access" — служит для обозначения доступности открытых атрибутов и операций класса-источника для классов-клиентов; "bind" — класс-клиент может использовать некоторый шаблон для своей последующей параметризации; "derive" — атрибуты класса-клиента могут быть вычислены по атрибутам классаисточника; "import" — открытые атрибуты и операции класса-источника становятся частью класса-клиента, как если бы они были объявлены непосредственно в нем; "refine" — указывает, что класс-клиент служит уточнением класса-источника в силу причин исторического характера, когда появляется дополнительная информация в ходе работы над проектом. Примечание Отношение зависимости является наиболее общей формой отношения в языке UML. Все другие типы рассматриваемых отношений можно считать частным случаем данного отношения. Однако важность выделения специфических семантических свойств и дополнительных характеристик для других типов отношений обусловливают их самостоятельное рассмотрение при построении диаграмм. Отношение ассоциации Отношение ассоциации соответствует наличию некоторого отношения между классами. Данное отношение обозначается сплошной линией с дополнительными специальными символами, которые характеризуют отдельные свойства конкретной ассоциации. В качестве дополнительных специальных символов могут использоваться имя ассоциации, а также имена и кратность классов-ролей ассоциации. Имя ассоциации является необязательным элементом ее обозначения. Если оно задано, то записывается с заглавной (большой) буквы рядом с линией соответствующей ассоциации. Наиболее простой случай данного отношения — бинарная ассоциация. Она связывает в точности два класса и, как исключение, может связывать класс с самим собой. Для бинарной ассоциации на диаграмме может быть указан порядок следования классов с использованием треугольника в форме стрелки рядом с именем данной ассоциации. Направление этой стрелки указывает на порядок классов, один из которых является первым (со стороны треугольника), а другой — вторым (со стороны вершины треугольника). Отсутствие данной стрелки рядом с именем ассоциации означает, что порядок следования классов в рассматриваемом отношении не определен. В качестве простого примера отношения бинарной ассоциации рассмотрим отношение между двумя классами — классом "Компания" и классом "Сотрудник" (рис. 13.5). Они связаны между собой бинарной ассоциацией Работа, имя которой указано на рисунке рядом с линией ассоциации. Для данного отношения определен порядок следования классов, первым из которых является класс "Сотрудник", а вторым — класс "Компания". Отдельным примером или экземпляром данного отношения может являться пара значений (Петров И. И., "Рога&Копыта"). Это означает, что сотрудник Петров И. И. работает в компании "Рога&Копыта". 231 Рис. 13.5. Графическое изображение отношения бинарной ассоциации между классами Тернарная ассоциация и ассоциации более высокой арности в общем случае называются N-арной ассоциацией (читается — "эн арная ассоциация"). Такая ассоциация связывает некоторым отношением 3 и более классов, при этом один класс может участвовать в ассоциации более чем один раз. Класс ассоциации имеет определенную роль в соответствующем отношении, что может быть явно указано на диаграмме. Каждый экземпляр Nарной ассоциации представляет собой N-арный кортеж значений объектов из соответствующих классов. Бинарная ассоциация является частным случаем N-арной ассоциации, когда значение N=2, и имеет свое собственное обозначение. N-арная ассоциация графически обозначается ромбом, от которого ведут линии к символам классов данной ассоциации. В этом случае ромб соединяется с символами соответствующих классов сплошными линиями. Обычно линии проводятся от вершин ромба или от середины его сторон. Имя N-арной ассоциации записывается рядом с ромбом соответствующей ассоциации. Порядок классов в N-арной ассоциации, в отличие от порядка множеств в отношении, на диаграмме не фиксируется. Некоторый класс может быть присоединен к ромбу пунктирной линией. Это означает, что данный класс обеспечивает поддержку свойств соответствующей N-арной ассоциации, а сама N-арная ассоциация имеет атрибуты, операции и/или ассоциации. Другими словами, такая ассоциация, в свою очередь, является классом с соответствующим обозначением в виде прямоугольника и является самостоятельным элементом языка UML — ассоциацией-классом (Association Class). N-арная ассоциация не может содержать символ агрегации ни для какой из своих ролей. В качестве примера конкретной тернарной ассоциации рассмотрим отношение между тремя классами: "Футбольная команда", "Год" и "Игра". Данная ассоциация указывает на наличие отношения между этими тремя классами, которое может представлять информацию об играх футбольных команд в национальном чемпионате в течение нескольких последних лет (рис. 13.6). Как уже упоминалось, отдельный класс ассоциации имеет собственную роль в отношении. Эта роль может быть изображена графически на диаграмме классов. С этой целью в языке UML вводится в рассмотрение специальный элемент — конец ассоциации (Association End), который графически соответствует точке соединения линии ассоциации с отдельным классом. Конец ассоциации является частью ассоциации, но не класса. Каждая ассоциация имеет два или больше концов ассоциации. Наиболее важные свойства ассоциации указываются на диаграмме рядом с этими элементами ассоциации и должны перемешаться вместе с ними. 232 Рис. 13.6. Графическое изображение тернарной ассоциации между тремя классами Одним из таких дополнительных обозначений является имя роли отдельного класса, входящего в ассоциацию. Имя роли представляет собой строку текста рядом с концом ассоциации для соответствующего класса. Она указывает специфическую роль, которую играет класс, являющийся концом рассматриваемой ассоциации. Имя роли не является обязательным элементом обозначений и может отсутствовать на диаграмме. Следующий элемент обозначений — кратность отдельных классов, являющихся концами ассоциации. Кратность отдельного класса обозначается в виде интервала целых чисел, аналогично кратности атрибутов и операций классов. Интервал записывается рядом с концом ассоциации и для N-арной ассоциации означает потенциальное число отдельных экземпляров или значений кортежей этой ассоциации, которые могут иметь место, когда остальные N-1 экземпляров или значений классов фиксированы. Так, для рассмотренного ранее примера (см. рис. 13.5) кратность "1" для класса "Компания" означает, что каждый сотрудник может работать только в одной компании. Кратность "1..*" для класса "Сотрудник" означает, что в каждой компании могут работать несколько сотрудников, общее число которых заранее неизвестно и ничем не ограничено. Заметим, что вместо кратности "1..*" записать только символ "*" нельзя, поскольку последний означает кратность "0..*". Для данного примера это означало бы, что отдельные компании могут совсем не иметь сотрудников в своем штате. Но такая кратность вполне приемлема в других ситуациях, как это видно из рассмотренного выше примера (рис. 5.6). Что касается других свойств отношения, ассоциации, то в случае их наличия, они могут рассматриваться в качестве атрибутов класса ассоциации и могут быть указаны на диаграмме обычным для класса способом в соответствующей секции прямоугольника класса. Частным случаем отношения ассоциации является так называемая исключающая ассоциация (Xor-association). Семантика данной ассоциации указывает на тот факт, что из нескольких потенциально возможных вариантов данной ассоциации в каждый момент времени может использоваться только один ее экземпляр. На диаграмме классов исключающая ассоциация изображается пунктирной линией, соединяющей две и более ассоциации, рядом с которой записывается строка-ограничение "{хог}". Например, счет в банке может быть открыт для клиента, в качестве которого может выступать физическое лицо (индивидум) или компания, что изображается с помощью исключающей ассоциации (рис. 13.7). Рис. 13.7. Графическое изображение исключающей ассоциации между тремя классами Специальной формой или частным случаем отношения ассоциации является отношение агрегации, которое, в свою очередь, тоже имеет специальную форму — отношение композиции. Поскольку эти отношения имеют свои специальные обозначения и относятся к базовым понятиям языка UML, рассмотрим их последовательно. 233 Отношение агрегации Отношение агрегации имеет место между несколькими классами в том случае, если один из классов представляет собой некоторую сущность, включающую в себя в качестве составных частей другие сущности. Данное отношение имеет фундаментальное значение для описания структуры сложных систем, поскольку применяется для представления системных взаимосвязей типа "часть-целое". Раскрывая внутреннюю структуру системы, отношение агрегации показывает, из каких компонентов состоит система и как они связаны между собой. С точки зрения модели отдельные части системы могут выступать как в виде элементов, так и в виде подсистем, которые, в свою очередь, тоже могут образовывать составные компоненты или подсистемы. Это отношение по своей сути описывает декомпозицию или разбиение сложной системы на более простые составные части, которые также могут быть подвергнуты декомпозиции, если в этом возникнет необходимость в последующем. Примечание В связи с рассмотрением данного отношения вполне уместно вспомнить о специальном термине "агрегат", которое служит для обозначения технической системы, состоящей из взаимодействующих составных частей или подсистем. Эта аналогия не случайна и может служить для более наглядного понимания сути рассматриваемого отношения. Очевидно, что рассматриваемое в таком аспекте деление системы на составные части представляет собой некоторую иерархию ее компонентов, однако данная иерархия принципиально отличается от иерархии, порождаемой отношением обобщения. Отличие заключается в том, что части системы никак не обязаны наследовать ее свойства и поведение, поскольку являются вполне самостоятельными сущностями. Более того, части целого обладают своими собственными атрибутами и операциями, которые существенно отличаются от атрибутов и операций целого. В качестве примера отношения агрегации рассмотрим взаимосвязь типа "частьцелое", которая имеет место между сущностью "Грузовой автомобиль" и такими компонентами, как "Двигатель", "Шасси", "Кабина", "Кузов". Не претендуя на точное соответствие терминологии данной предметной области, нетрудно представить себе, что грузовой автомобиль состоит из двигателя, шасси, кабины и кузова. Именно это отношение между классом "Грузовой_автомобиль" и классами "Двигатель", "Шасси", "Кабина", "Кузов" описывает отношение агрегации. Графически отношение агрегации изображается сплошной линией, один из концов которой представляет собой незакрашенный внутри ромб. Этот ромб указывает на тот из классов, который представляет собой "целое". Остальные классы являются его "частями" (рис. 13.8). Рис. 13.8. Графическое изображение отношения агрегации в языке UML Еще одним примером отношения агрегации может служить известное каждому из читателей деление персонального компьютера на составные части: системный блок, монитор, клавиатуру и мышь. Используя обозначения языка UML, компонентный состав ПК можно представить в виде соответствующей диаграммы классов (рис. 13.9), которая в данном случае иллюстрирует отношение агрегации. 234 Рис. 13.9. Диаграмма классов для иллюстрации отношения агрегации на примере ПК Отношение композиции Отношение композиции, как уже упоминалось ранее, является частным случаем отношения агрегации. Это отношение служит для выделения специальной формы отношения "часть-целое", при которой составляющие части в некотором смысле находятся внутри целого. Специфика взаимосвязи между ними заключается в том, что части не могут выступать в отрыве от целого, т. е. с уничтожением целого уничтожаются и все его составные части. Возможно, не самый лучший, но наверняка понятный всем пример этого отношения представляет собой живая клетка в биологии. Другой пример — окно интерфейса программы, которое может состоять из строки заголовка, кнопок управления размером, полос прокрутки, главного меню, рабочей области и строки состояния. Нетрудно понять, что подобное окно представляет собой класс, а его компоненты являются как классами, так и атрибутами или свойствами окна. Последнее обстоятельство весьма характерно для отношения композиции, поскольку отражает различные способы представления данного отношения. Графически отношение композиции изображается сплошной линией, один из концов которой представляет собой закрашенный внутри ромб. Этот ромб указывает на тот из классов, который представляет собой класс-композицию или "целое". Остальные классы являются его "частями" (рис. 13.10). Рис. 13.10. Графическое изображение отношения композиции в языке UML В качестве дополнительных обозначений для отношений композиции и агрегации могут использоваться дополнительные обозначения, применяемые для отношения ассоциации. А именно, указание кратности класса ассоциации и имени данной ассоциации, которые не являются обязательными. Применительно к описанному выше примеру класса "Окно_программы" его диаграмма классов может иметь следующий вид (рис. 13.11). Рис. 13.11. Диаграмма классов для иллюстрации отношения композиции на примере класса окна программы 235 Данный пример может иллюстрировать и другие особенности разрабатываемой компьютерной программы, которые не указывались в явном виде при описании этого примера Так, в частности, указание кратности 1 рядом с классом "Рабочая_область" характерно для однодокументных приложений. Отношение обобщения Отношение обобщения является обычным таксономическим отношением между более общим элементом (родителем или предком) и более частным или специальным элементом (дочерним или потомком). Данное отношение может использоваться для представления взаимосвязей между пакетами, классами, вариантами использования и другими элементами языка UML. Применительно к диаграмме классов данное отношение описывает иерархическое строение классов и наследование их свойств и поведения. При этом предполагается, что класс-потомок обладает всеми свойствами и поведением класса-предка, а также имеет свои собственные свойства и поведение, которые отсутствуют у класса-предка. На диаграммах отношение обобщения обозначается сплошной линией с треугольной стрелкой на одном из концов (рис. 13.12). Стрелка указывает на более общий класс (класс-предок или суперкласс), а ее отсутствие — на более специальный класс (класс-потомок или подкласс). Рис. 13.12. Графическое изображение отношения обобщения в языке UML Как правило, на диаграмме может указываться несколько линий для одного отношения обобщения, что отражает его таксономический характер. В этом случае более общий класс разбивается на подклассы одним отношением Обобщения. Например, класс Геометрическая_фигура_на_плоскости (курсив обозначает абстрактный класс) может выступать в качестве суперкласса для подклассов, соответствующих конкретным геометрическим фигурам, таким как,Прямоугольник, Окружность, Эллипс и др. Данный факт может быть представлен графически в форме диаграммы классов следующего вида (рис. 13.13). Рис. 13.13. Пример графического изображения отношения обобщения классов С целью упрощения обозначений на диаграмме классов совокупность линий, обозначающих одно и то же отношение обобщения, может быть объединена в одну линию. В этом случае данные отдельные линии изображаются сходящимися к единственной .стрелке, имеющей с ними общую точку пересечения (рис. 13.14). 236 Рис. 13.14. Вариант графического изображения отношения обобщения классов для случая объединения отдельных линий Это обозначение по форме соответствует графу специального вида, который рассматривался в главе 2, а именно — иерархическому дереву. В этом случае класс-предок является корнем этого дерева, а классы-потомки — его листьями. Отличие заключается в возможности указания на диаграмме классов потенциальной возможности наличия других классов-потомков, которые не включены в обозначения представленных на диаграмме классов (многоточие вместо прямоугольника). Рядом со стрелкой обобщения может размещаться строка текста, указывающая на некоторые дополнительные свойства этого отношения. Данный текст будет относиться ко всем линиям обобщения, которые идут к классам-потомкам. Другими словами, отмеченное свойство касается всех подклассов данного отношения. При этом текст следует рассматривать как ограничение, и тогда он записывается в фигурных скобках. В качестве ограничений могут быть использованы следующие ключевые слова языка UML: {complete} — означает, что в данном отношении обобщения специфицированы все классы-потомки, и других классов-потомков у данного класса-предка быть не может. Пример — класс Клиент_банка является предком для двух классов: Физическое_лицо и Компания, и других классов-потомков он не имеет. На соответствующей диаграмме классов это можно указать явно, записав рядом с линией обобщения данную строку-ограничение; {disjoint} — означает, что классы-потомки не могут содержать объектов, одновременно являющихся экземплярами двух или более классов. В приведенном выше примере это условие также выполняется, поскольку предполагается, что никакое конкретное физическое лицо не может являться одновременно и конкретной компанией. В этом случае рядом с линией обобщения можно записать данную строкуограничение; {incomplete} — означает случай, противоположный первому. А именно, предполагается, что на диаграмме указаны не все классы-потомки. В последующем возможно восполнить их перечень не изменяя уже построенную диаграмму. Пример — диаграмма класса "Автомобиль", для которой указание всех без исключения моделей автомобилей соизмеримо с созданием соответствующего каталога. С другой стороны, для отдельной задачи, такой как разработка системы продажи автомобилей конкретных моделей, в этом нет необходимости. Но указать неполноту структуры классов-потомков все же следует; {overlapping} — означает, что отдельные экземпляры классов-потомков могут принадлежать одновременно нескольким классам. Пример — класс "Многоугольник" является классом-предком для класса "Прямоугольник" и класса "Ромб". Однако существует отдельный класс "Квадрат", экземпляры которого одновременно являются объектами первых двух классов. Вполне естественно такую ситуацию указать явно с помощью данной строки-ограничения. 237 С учетом возможности использования строк-ограничений диаграмма классов (рис. 13.14) может быть изображена без многоточий и без потери информации (рис. 13.15). Рис. 13.15. Вариант графического изображения отношения обобщения классов с использованием строки-ограничения Чтобы проиллюстрировать особенности использования отношения обобщения, преобразуем один из рассмотренных ранее примеров изображения классов в графическую нотацию языка UML. В качестве такого примера рассмотрим иерархию вложенности классов для абстрактного класса "Автомобиль". Как нетрудно заметить, отношение между отдельными классами на этих рисунках есть именно отношение обобщения, которое в языке UML имеет специальное графическое обозначение. С учетом этой графической нотации, фрагмент семантической сети для представления иерархии класса "Автомобиль" может быть представлен в виде следующей диаграммы классов (рис. 13.16). Заметим, что в данном примере все классы верхних уровней являются абстрактными, т. е. не могут быть представлены своими экземплярами. Именно поэтому их имена записаны курсивом. В отличие от них классы нижнего уровня являются конкретными, поскольку могут быть представлены своими экземплярами, в качестве которых выступают изготовленные автомобили соответствующей модели с уникальным заводским номером. Рис. 13.16. Фрагмент диаграммы классов с отношением обобщения для представления иерархии классов "Автомобиль" Примечание 238 В качестве упражнения для закрепления рассмотренного материала можно попытаться построить диаграммы классов или хотя бы их фрагменты для библиотек стандартных классов MFC (Microsoft) и VCL (Borland/Inprise) с использованием графической нотации языка UML. Можно предположить, что в недалеком будущем справочные руководства по соответствующим средам программирования будут содержать именно такие диаграммы классов, а возможно, и некоторые другие. Интерфейсы Интерфейсы являются элементами диаграммы вариантов использования и были рассмотрены ранее. Однако при построении диаграммы классов отдельные интерфейсы могут уточняться и в этом случае для их изображения используется специальный графический символ — прямоугольник класса с ключевым словом или стереотипом "interface" (рис. 13.17). При этом секция атрибутов у прямоугольника отсутствует, а указывается только секция операций. Рис. 13.17. Пример графического изображения интерфейса на диаграмме классов Объекты Объект (object) является отдельным экземпляром класса, который создается на этапе выполнения программы. Он имеет свое собственное имя и конкретные значения атрибутов. В силу самых различных причин может возникнуть необходимость показать взаимосвязи не только между классами модели, но и между отдельными объектами, реализующими эти классы. В данном случае может быть разработана диаграмма объектов, которая, хотя и не является канонической в метамодели языка UML, но имеет самостоятельное назначение. Для графического изображения объектов используется такой же символ прямоугольника, что и для классов. Отличия проявляются при указании имен объектов, которые в случае объектов обязательно подчеркиваются (рис. 13.18). При этом запись имени объекта представляет собой строку текста "имя объекта:имя класса", разделенную двоеточием (рис. 13.18 а, б). Имя объекта может отсутствовать, в этом случае предполагается, что объект является анонимным, и двоеточие указывает на данное обстоятельство (рис. 13.18, г). Отсутствовать может и имя класса. Тогда указывается просто имя объекта (рис. 13.18, в). Атрибуты объектов принимают конкретные значения. При изображении диаграммы объектов нужно помнить, что каждый объект представляет собой экземпляр соответствующего класса, а отношения между объектами описываются с помощью связей (links), которые являются экземплярами соответствующих отношений. При этом все связи изображаются сплошными линиями. Более подробно особенности представления объектов будут рассмотрены при изучении диаграмм кооперации. 239 Рис. 13.18. Пример графического изображения объектов на диаграммах языка UML Шаблоны или параметризованные классы Шаблон (template) или параметризованный класс (parametrized class) предназначен для обозначения такого класса, который имеет один (или более) нефиксированный формальный параметр. Он определяет целое семейство или множество классов, каждый из которых может быть получен связыванием этих параметров с действительными значениями. Обычно параметрами шаблонов служат типы атрибутов классов, такие как целые числа, перечисление, массив строк и др. В более сложном случае формальные параметры могут представлять и операции класса. Графически шаблон изображается прямоугольником, к верхнему правому углу которого присоединен маленький прямоугольник из пунктирных линий (рис. 13.19), большой прямоугольник может быть разделен на секции, аналогично обозначению для класса. В верхнем прямоугольнике указывается список формальных параметров для тех классов, которые могут быть получены на основе данного шаблона. В верхней секции шаблона записывается его имя по правилам записи имен для классов. Рис. 13.19. Графическое изображение шаблона на диаграмме классов Шаблон не может быть непосредственно использован в качестве класса, поскольку содержит неопределенные параметры. Чаще всего в качестве шаблона выступает некоторый суперкласс, параметры которого уточняются в его классах-потомках. Очевидно, в этом случае между ними существует отношение зависимости с ключевым словом "bind", когда класс-клиент может использовать некоторый шаблон для своей последующей параметризации. В более частном случае между шаблоном и формируемым от него классом имеет место отношение обобщения с наследованием свойств шаблона (рис. 13.20). В данном примере отмечен тот факт, что класс "Адрес" может быть получен из шаблона Связный_список на основе актуализации формальных параметров "S, k, l" фактическими атрибутами "улица, дом, квартира". 240 Этот же шаблон может использоваться для задания (инстанцирования) другого класса, скажем, класса "Точки_на_плоскости". В этом случае класс "Точки_на_плоскости" актуализирует те же формальные параметры, но с другими значениями, например, "ЬтсГ<координаты_точки, х, у>. Концепция шаблонов является достаточно мощным средством в ООП, и поэтому ее использование в языке UML позволяет не только сократить размеры диаграмм, но и наиболее корректно управлять наследованием свойств и поведения отдельных элементов модели. Рис. 13.20. Пример использования шаблона на диаграмме классов Раздел 13.2. Рекомендации по построению диаграмм классов Процесс разработки диаграммы классов занимает центральное место в ООАП сложных систем. От умения правильно выбрать классы и установить между ними взаимосвязи часто зависит не только успех процесса проектирования, но и производительность выполнения программы. Как показывает практика ООП, каждый программист в своей работе стремится в той или иной степени использовать уже накопленный личный опыт при разработке новых проектов. Это обусловлено желанием свести новую задачу к уже решенным, чтобы иметь возможность использовать не только проверенные фрагменты программного кода, но и отдельные компоненты в целом (библиотеки компонентов). Такой стереотипный подход позволяет существенно сократить сроки реализации проекта, однако приемлем лишь в том случае, когда новый проект концептуально и технологически не слишком отличается от предыдущих. В противном случае платой за сокращение сроков проекта может стать его реализация на устаревшей технологической базе. Что касается собственно объектной структуризации предметной области, то здесь уместно придерживаться тех рекомендаций, которые накоплены в ООП. При определении классов, атрибутов и операций и задании их имен и типов перед отечественными разработчиками всегда встает невольный вопрос: какой из языков использовать в качестве естественного, русский или английский? С одной стороны, использование родного языка для описания модели является наиболее естественным способом ее представления и в наибольшей степени отражает коммуникативную функцию модели системы. С другой стороны, разработка модели является лишь одним из этапов разработки соответствующей системы, а применение инструментальных средств для ее реализации в абсолютном большинстве случаев требует использования англоязычных терминов. Именно поэтому возникает характерная неоднозначность, с которой, по-видимому, совершенно незнакома англоязычная аудитория. Отвечая на поставленный выше вопрос, следует отметить, что наиболее целесообразно придерживаться следующих рекомендаций. При построении диаграммы вариантов использования, являющейся наиболее общей концептуальной моделью проектируемой системы, применение русскоязычных терминов является не только оправданным с точки зрения описания структуры предметной области, но и эффективным с точки зрения ком- 241 муникативного взаимодействия с заказчиком и пользователями. При построении остальных типов диаграмм следует придерживаться разумного компромисса. В частности, на начальных этапах разработки диаграмм целесообразность использования русскоязычных терминов вполне очевидна и оправдана. Однако, по мере готовности графической модели для реализации в виде программной системы и передачи ее для дальнейшей работы программистам, акцент может смещаться в сторону использования англоязычных терминов, которые в той или иной степени отражают особенности языка программирования, на котором предполагается реализация данной модели. Более того, использование CASE-инструментариев для автоматизации ООАП, чаще всего, накладывает свои собственные требования на язык спецификации моделей. Именно по этой причине большинство примеров в литературе даются в англоязычном представлении, а при их переводе на русский может быть утрачена не только точность формулировок, но и семантика соответствующих понятий. После разработки диаграммы классов процесс ООАП может быть продолжен в двух направлениях. С одной стороны, если поведение системы тривиально, то можно приступить к разработке диаграмм кооперации и компонентов. Однако для сложных динамических систем поведение представляет важнейший аспект их функционирования. Детализация поведения осуществляется последовательно при разработке диаграмм состояний, последовательности и деятельности. Выводы по теме 13 Центральное место в ООАП занимает разработка логической модели системы в виде диаграммы классов. Диаграмма классов (class diagram) служит для представления статической структуры модели системы в терминологии классов объектно-ориентированного программирования. Теоретические вопросы по теме 13 Какова цел использования диаграммы классов? Что такое класс? Что такое атрибут? Что такое операция? Какие типы классов вы знаете? Поясните процесс построения диаграммы классов. 242 Лекция 14 Тема 14. Диаграмма кооперации Раздел 14.1. Диаграмма кооперации Как отмечалось ранее, особенности взаимодействия элементов моделируемой системы могут быть представлены на диаграммах последовательности и кооперации. Если первая служит для визуализации временных аспектов взаимодействия, то диаграмма кооперации предназначена для спецификации структурных аспектов взаимодействия. Главная особенность диаграммы кооперации заключается в возможности графически представить не только последовательность взаимодействия, но и все структурные отношения между объектами, участвующими в этом взаимодействии. Прежде всего, на диаграмме кооперации в виде прямоугольников изображаются участвующие во взаимодействии объекты, содержащие имя объекта, его класс и, возможно, значения атрибутов. Далее, как и на диаграмме классов, указываются ассоциации между объектами в виде различных соединительных линий. При этом можно явно указать имена ассоциации и ролей, которые играют объекты в данной ассоциации. Дополнительно могут быть изображены динамические связи — потоки сообщений. Они представляются также в виде соединительных линий между объектами, над которыми располагается стрелка с указанием направления, имени сообщения и порядкового номера в общей последовательности инициализации сообщений. В отличие от диаграммы последовательности, на диаграмме кооперации изображаются только отношения между объектами, играющими определенные роли во взаимодействии. С другой стороны, на этой диаграмме не указывается время в виде отдельного измерения. Поэтому последовательность взаимодействий и параллельных потоков может быть определена с помощью порядковых номеров. Следовательно, если необходимо явно специфицировать взаимосвязи между объектами в реальном времени, лучше это делать на диаграмме последовательности. Поведение системы может описываться на уровне отдельных объектов, которые обмениваются между собой сообщениями, чтобы достичь нужной цели или реализовать некоторый сервис. С точки зрения аналитика или конструктора важно представить в проекте системы структурные связи отдельных объектов между собой. Такое статическое представление структуры системы как совокупности взаимодействующих объектов и обеспечивает диаграмма кооперации. Таким образом, с помощью диаграммы кооперации можно описать полный контекст взаимодействий как своеобразный временной "среза" совокупности объектов, взаимодействующих между собой для выполнения определенной задачи или бизнес-цели программной системы. Кооперация Понятие кооперации (collaboration) является одним из фундаментальных понятий в языке UML. Оно служит для обозначения множества взаимодействующих с определенной целью объектов в общем контексте моделируемой системы. Цель самой кооперации состоит в том, чтобы специфицировать особенности реализации отдельных наиболее значимых операций в системе. Кооперация определяет структуру поведения системы в терминах взаимодействия участников этой кооперации. Кооперация может быть представлена на двух уровнях: На уровне спецификации — показывает роли классификаторов и роли ассоциаций в рассматриваемом взаимодействии. 243 На уровне примеров — указывает экземпляры и связи, образующие отдельные роли в кооперации. Диаграмма кооперации уровня спецификации показывает роли, которые играют участвующие во взаимодействии элементы. Элементами кооперации на этом уровне являются классы и ассоциации, которые обозначают отдельные роли классификаторов и ассоциации между участниками кооперации. Диаграмма кооперации уровня примеров представляется совокупностью объектов (экземпляры классов) и связей (экземпляры ассоциаций). При этом связи дополняются стрелками сообщений. На данном уровне показываются только релевантные объекты, т. е. имеющие непосредственное отношение к реализации операции или классификатора. В кооперации уровня примеров определяются свойства, которые должны иметь экземпляры для того, чтобы участвовать в кооперации. Кроме свойств объектов на диаграмме кооперации также указываются ассоциации, которые должны иметь место между объектами кооперации. При этом вовсе не обязательно изображать все свойства или все ассоциации, поскольку на диаграмме кооперации присутствуют только роли классификаторов, но не сами классификаторы. Таким образом, в то время как классификатор требует полного описания всех своих экземпляров, роль классификатора требует описания только тех свойств и ассоциаций, которые необходимы для участия в отдельной кооперации. Отсюда вытекает важное следствие. Одна и та же совокупность объектов может участвовать в различных кооперациях. При этом, в зависимости от рассматриваемой кооперации, могут изменяться как свойства отдельных объектов, так и связи между ними. Именно это отличает диаграмму кооперации от диаграммы классов, на которой должны быть указаны все свойства и ассоциации между элементами диаграммы. Диаграмма кооперации уровня спецификации Кооперация на уровне спецификации изображается на диаграмме пунктирным эллипсом, внутри которого записывается имя этой кооперации (рис. 14.1). Такое представление кооперации относится к отдельному варианту использования и детализирует особенности его последующей реализации. Символ эллипса кооперации соединяется отрезками пунктирной линии с каждым из участников этой кооперации, в качестве которых могут выступать объекты или классы. Каждая из этих пунктирных линий помечается ролью (role) участника. Роли соответствуют именам элементов в контексте всей кооперации. Эти имена трактуются как параметры, которые ограничивают спецификацию элементов при любом их появлении в отдельных представлениях модели. Рис. 14.1. Общее представление кооперации на диаграммах уровня спецификации Простой класс на диаграмме кооперации обозначается прямоугольником класса, внутри которого записывается строка текста. Эта строка текста называется ролью классификатора (classifier role). Роль классификатора показывает особенность использования объектов данного класса. Обычно в прямоугольнике показывается только секция имени класса, хотя не исключается возможность указания секций атрибутов и операций. Строка текста в прямоугольнике должна иметь следующий формат: 244 '/' <Имя роли классификатора> ':' <Имя классификатора> [':' <Имя классификатора >]* Здесь Имя классификатора, если это необходимо, может включать полный путь всех вложенных пакетов. При этом один пакет от другого отделяется двойным двоеточием "::". Если не возникает путаницы, можно ограничиться указанием только ближайшего из пакетов, которому принадлежит данная кооперация. Символ "*" применяется для указания возможности итеративного повторения имени классификатора. Если кооперация допускает обобщенное представление, то на диаграммах могут быть указаны отношения обобщения соответствующих элементов. Этот способ может быть использован для определения отдельных коопераций, которые являются, в свою очередь, частным случаем или специализацией другой кооперации. Такая ситуация изображается обычной стрелкой обобщения, направленной от символа дочерней кооперации к символу кооперации-предка (рис. 14.2). При этом роли дочерних коопераций могут быть специализациями ролей коопераций-предков. Рис. 14.2. Графическое изображение отношения обобщения между отдельными кооперациями уровня спецификации В отдельных случаях возникает необходимость явно указать тот факт, что кооперация является реализацией некоторой операции или классификатора. Это можно представить одним из двух способов. Во-первых, можно соединить символ кооперации пунктирной линией со стрелкой обобщения с символом класса, реализацию операции которого специфицирует данная кооперация (рис. 14.3, а). Так, если в качестве класса рассмотреть "Заказ на покупку товара", у которого имеется операция "оформить_заказ (), то ее реализация может быть специфицирована в форме кооперации. Рис. 14.3. Способы представления кооперации, которая реализует операцию класса Во-вторых, можно просто изобразить символ кооперации, внутри которого указать всю необходимую информацию, записанную по определенным правилам (рис. 14.3, б). 245 Эти правила определяют формат записи имени кооперации, после которого записывают двоеточие и имя класса. За именем класса следует двойное двоеточие и имя операции. Подобное общее представление кооперации на уровне спецификации используется на начальных этапах проектирования. В последующем каждая из коопераций подлежит детализации на уровне примеров, на котором раскрывается содержание и структура взаимосвязей ее элементов на отдельной диаграмме кооперации. При этом в качестве элементов диаграммы кооперации выступают объекты и связи, дополненные сообщениями. Именно эти элементы являются предметом дальнейшего рассмотрения в настоящей лекции. Объекты Мы более подробно остановимся на особенностях их семантики и графической нотации, поскольку объекты являются основными элементами или графическими примитивами, из которых строится диаграмма кооперации на уровне примеров. Для графического изображения объектов используется такой же символ прямоугольника, что и для классов. Как отмечалось выше, объект (object) является отдельным экземпляром класса, который создается на этапе выполнения программы. Он может иметь свое собственное имя и конкретные значения атрибутов. Применительно к объектам формат строки классификатора дополняется именем объекта и приобретает следующий вид (при этом вся запись подчеркивается): <Имя объекта>'/' <Имя роли классификатора> ':' <Имя классификатора> [':' <Имя классификатора >]* Здесь Имя роли классификатора может не указываться. В этом случае оно исключается из строки текста вместе с последующим двоеточием. Имя роли может быть опущено в том случае, если существует только одна роль в кооперации, которую могут играть объекты, созданные на базе этого класса. Таким образом, для обозначения роли классификатора достаточно указать либо имя класса (вместе с двоеточием), либо имя роли (вместе с наклонной чертой). В противном случае прямоугольник будет соответствовать обычному классу. Если роль, которую должен играть объект, наследуется от нескольких классов, то все они должны быть указаны явно и разделяться запятой и двоеточием. Примечание В прямоугольнике объекта имя объекта, имя роли с символом Т или имя класса могут отсутствовать. Однако двоеточие всегда должно стоять перед именем класса, а косая черточка — перед именем роли. Следует еще раз акцентировать внимание на том обстоятельстве, что применительно к объектам вся запись должна быть подчеркнута, а имя объекта должно быть записано со строчной буквы. Ниже приводятся возможные варианты записи строки текста в прямоугольнике объекта. : С — анонимный объект, образуемый на основе класса С. / R — анонимный объект, играющий роль R. / R : С — анонимный объект, образуемый на основе класса С и играющий роль R. О / R — объект с именем О, играющий роль R. О : С — объект с именем О, образуемый на основе класса С. О / R : С — объект с именем О, образуемый на основе класса С и играющий роль R. О или — объект с именем О. 246 О : — "объект-сирота" с именем О. / R — роль с именем R : С — анонимная роль на базе класса С. / R : С — роль с именем R на основе класса С. Отдельные примеры изображения объектов и классов на диаграмме кооперации приводятся на следующем рисунке (рис. 14.4). Рис. 14.4. Примеры различных вариантов записи имен объектов, ролей и классов на диаграммах кооперации Так, в первом случае (рис. 14.4, а) обозначен объект с именем "клиент", играющий роль "инициатор запроса". Далее (рис. 14.4, б) следует обозначение анонимного объекта, который играет роль инициатора запроса. В обоих случаях не указан класс, на основе которого будут созданы эти объекты. Обозначение класса присутствует в следующем варианте записи (рис. 14.4, в), причем объект также анонимный. Применительно к уровню спецификации на диаграммах кооперации могут присутствовать именованные классы с указанием роли класса в кооперации (рис. 14.4, г) или анонимные классы, когда указывается только его роль (рис. 14.4, д). Последний случай характерен для ситуации, когда в модели могут присутствовать несколько классов с именем "Клиент", поэтому требуется явно указать имя соответствующего пакета База данных (рис. 14.4, е). Мультиобъект Мультиобъект (multiobject) представляет собой целое множество объектов на одном из концов ассоциации. На диаграмме кооперации Мультиобъект используется для того, чтобы показать операции и сигналы, которые адресованы всему множеству объектов, а не только одному. Мультиобъект изображается двумя прямоугольниками, один из которых выступает из-за верхней правой вершины другого (рис. 14.5, а). При этом стрелка сообщения относится ко всему множеству объектов, которые обозначают данный мультиобъект. На диаграмме кооперации может быть явно указано отношение композиции между мультиобъектом и отдельным объектом из его множества (рис. 14.5, б). 247 Рис. 14.5. Графическое изображение мультиобъектов на диаграмме кооперации Активный объект В контексте языка UML все объекты делятся на две категории: пассивные и активные. Пассивный объект оперирует только данными и не может инициировать деятельность по управлению другими объектами. Однако пассивные объекты могут посылать сигналы в процессе выполнения запросов, которые они получают. Активный объект (active object) имеет свою собственную нить (thread) управления и может инициировать деятельность по управлению другими объектами. При этом под нитью понимается некоторый облегченный поток управления, который может выполняться параллельно с другими вычислительными нитями или нитями управления в пределах одного вычислительного процесса или процесса управления. Примечание Отличие между процессом и нитью заключается в степени использования ресурсов. Говоря о процессе, имеют в виду ресурсоемкий поток управления, т. е. процесс полностью монополизирует ресурсы системы. Нить может использовать лишь небольшую часть ресурсов системы. Примером может служить выполнение некоторой программы в своем адресном пространстве или в фоновом режиме. Активные объекты на канонических диаграммах обозначаются прямоугольником с более широкими границами (рис. 14.6). Иногда может быть явно указано ключевое слово (помеченное значение) {active}, чтобы выделить активный объект на диаграмме. Каждый активный объект может инициировать единственную нить или процесс управления и представлять исходную точку потока управления. В приведенном фрагменте диаграммы кооперации активный объект "а: Вызывающий абонент" является инициатором процесса установления соединения для обмена информацией с другим абонентом (на диаграмме не показан). Рис. 14.6. Графическое изображение активного объекта (слева) на диаграмме кооперации В следующем примере рассматривается ситуация с вызовом функции печати из текстового редактора (рис. 14.7). Анонимный активный объект "Текстовый редактор" вначале посылает сообщение анонимному мультиобъекту "Принтер", которое инициирует выбор единственного объекта "Принтер", возможно, удовлетворяющего некоторым дополнительным условиям. После этого выбранному объекту посылается сообщение о необходимости напечатать документ, загруженный в текстовый редактор. 248 Рис. 14.7. Фрагмент диаграммы кооперации для вызова функции печати из текстового редактора Составной объект Составной объект (composite object) или объект-контейнер предназначен для представления объекта, имеющего собственную структуру и внутренние потоки (нити) управления. Составной объект является экземпляром составного класса (класса-контейнера), который связан отношением агрегации или композиции со своими частями. Аналогичные отношения связывают между собой и соответствующие объекты. На диаграммах кооперации такой составной объект изображается как обычный объект, состоящий из двух секций: верхней и нижней. В верхней секции записывается имя составного объекта, а в нижней — его составные части вместо списка его атрибутов (рис. 14.8). При этом допускается иметь в качестве частей другие составные объекты. Рис. 14.8. Графическое изображение составного объекта на диаграмме кооперации Связи Связь (link) является экземпляром или примером произвольной ассоциации. Связь как элемент языка UML может иметь место между двумя и более объектами. Бинарная связь на диаграмме кооперации изображается отрезком прямой линии, соединяющей два прямоугольника объектов (см. рис. 14.7). На каждом из концов этой линии могут быть явно указаны имена ролей данной ассоциации. Рядом с линией в ее средней части может записываться имя соответствующей ассоциации. Связи не имеют собственных имен, поскольку полностью идентичны как экземпляры ассоциации. Другими словами, все связи на диаграмме кооперации могут быть только 249 анонимными и записываются без двоеточия перед-именем ассоциации. Для связей не указывается также и кратность. Однако другие обозначения специальных случаев ассоциации (агрегация, композиция) могут присутствовать на отдельных концах связей. Например, символ связи типа "композиция" между мультиобъектом "Принтер" и отдельным объектом "Принтер" (см. рис. 14.7). Стереотипы связей Связь может иметь некоторые стереотипы, которые записываются рядом с одним из ее концов и указывают на особенность реализации данной связи. В языке UML для этой цели могут использоваться следующие стереотипы: "association" — ассоциация (предполагается по умолчанию, поэтому этот стереотип можно не указывать). "parameter" — параметр метода. Соответствующий объект может быть ч только параметром некоторого метода. "local" — локальная переменная метода. Ее область видимости ограничена только соседним объектом. "global" — глобальная переменная. Ее область видимости распространяется на всю диаграмму кооперации. "self — рефлексивная связь объекта с самим собой, которая допускает передачу объектом сообщения самому себе. На диаграмме кооперации рефлексивная связь изображается петлей в верхней части прямоугольника объекта. Некоторые примеры связей с различными стереотипами изображены на рис. 14.9. Здесь представлена обобщенная схема некоторой конкретной компании с именем "С", которая состоит из отделов (анонимный мультиобъект "Отдел"). Последние, в свою очередь, состоят из сотрудников (анонимный мультиобъект "Сотрудник"). Рефлексивная связь указывает на тот факт, что менеджер отдела является в то же время и его сотрудником. Рис. 14.9. Графическое изображение связей с различными стереотипами Примечание Поскольку на данной диаграмме отсутствуют сообщения, то она не является, строго говоря, диаграммой кооперации. Скорее это специальный случай диаграммы классов, который иногда называют диаграммой объектов. В случае N-арной связи эта связь изображается аналогично N-арной ассоциации с использованием символа ромба. 250 Сообщения При построении диаграммы кооперации они имеют некоторые дополнительные семантические особенности. Сообщение на диаграмме кооперации специфицирует коммуникацию между двумя объектами, один из которых передает другому некоторую информацию. При этом первый объект ожидает, что после получения сообщения вторым объектом последует выполнение некоторого действия. Таким образом, именно сообщение является причиной или стимулом для начала выполнения операций, отправки сигналов, создания и уничтожения отдельных объектов. Связь обеспечивает канал для направленной передачи сообщений между объектами от объекта-источника к объекту-получателю. Рис. 14.10. Графическое изображение различных типов сообщений на диаграмме кооперации Сообщения в языке UML также специфицируют роли, которые играют объекты — отправитель и получатель сообщения. Сообщения на диаграмме кооперации изображаются помеченными стрелками рядом (выше или ниже) с соответствующей связью или ролью ассоциации. Направление стрелки указывает на получателя сообщения. Внешний вид стрелки сообщения имеет определенный смысл. На диаграммах кооперации может использоваться один из четырех типов стрелок для обозначения сообщений (рис. 14.10): 1. Сплошная линия с треугольной стрелкой (рис. 14.10, а) обозначает вызов процедуры или другого вложенного потока управления. Может быть также использована совместно с параллельно активными объектами, когда один из них передает сигнал и ожидает, пока не закончится некоторая вложенная последовательность действий. Обычно все такие сообщения являются синхронными, т. е. инициируемыми по завершении некоторой деятельности или при выполнении некоторого условия. 2. Сплошная линия с V-образной стрелкой (рис. 14.10, б) обозначает простой поток управления. Каждая такая стрелка изображает один этап в последовательности потока управления. Обычно все такие сообщения являются асинхронными. 3. Сплошная линия с полустрелкой (рис. 14.10, в) используется для обозначения асинхронного потока управления. Соответствующие сообщения формируются в произвольные, заранее не известные моменты времени, как правило, активными объектами. Обычно сообщения этого типа являются начальными в последовательности потока управления и чаще всего инициируются актерами. 4. Пунктирная линия с V-образной стрелкой (рис. 14.10, г) обозначает возврат из вызова процедуры. Стрелки этого типа зачастую отсутствуют на диаграммах кооперации, поскольку неявно предполагается их существование после окончания процесса активизации некоторой деятельности. Формат записи сообщений Каждое сообщение может быть помечено строкой текста, которая имеет следующий формат: 251 < Предшествующие сообщения> < [Сторожевое условие] > <Выражение последовательности> <Возвращаемое значение— имя сообщения> <Список аргументов> Рассмотрим каждый из этих элементов более подробно. Предшествующие сообщения — есть разделенные запятыми номера сообщений, записанные перед наклонной черточкой: <Номер сообщения ','>< Номер сообщения,'> '/' Если список номеров сообщений пуст, то вся запись, включая наклонную черточку (слэш), опускается. Каждый номер сообщения может быть выражением последовательности без рекурсивных символов. Выражение должно определять номер другого сообщения в этой же последовательности. Примечание Заметим, что сами номера последовательности сообщений с одинаковым префиксом образуют отношение упорядоченности и, соответственно, неявно указывают на предшествующие сообщения. Таким предшествующим сообщением будет сообщение с номером, самая правая цифра которого на единицу меньше, чем у рассматриваемого сообщения. Например, сообщение с номером "3.1.4.6" имеет в качестве предшествующего сообщение с номером "3.1.4.5". Смысл указания предшествующих сообщений заключается в том, что данное сообщение не может быть передано, пока не будут переданы своим адресатам все сообщения, номера которых записаны в данном списке. Пример записи предшествующих сообщений: A3, В4/ С5: ошибка записи (сектор). Сторожевое условие является обычным булевским выражением и предназначено для синхронизации отдельных нитей потока управления. Записывается в квадратных скобках и может быть опущено, если оно отсутствует у данного сообщения. Семантика сторожевого условия обеспечивает передачу сообщения только в том случае, если это условие принимает значение "истина". Пример записи сторожевых условий без номеров предшествующих сообщений: [(х>=0)&(х<=255)] 1.2: отобразить_на_экране_цвет(х) [количество цифр номера = 7] 3.1: набрать_телефонный_номер() Выражение последовательности — есть разделенный точками список отдельных термов последовательностей, после которого записывается двоеточие: <Терм последовательности'.'><Терм последовательности'.'>':' Каждый из термов представляет отдельный уровень процедурной вложенности в форме законченной итерации. Наиболее верхний уровень соответствует самому левому терму последовательности. Если все потоки управления параллельные, то вложенность отсутствует. Каждый из термов последовательности имеет следующий синтаксис: [Целое число| Имя] [Символ рекуррентности]. 252 Целое число указывает на порядковый номер сообщения в процедурной последовательности верхнего уровня. Сообщения, номера которых отличаются на единицу, следуют подряд один за другим. Например, сообщение с номером "3.1.4" следует за сообщением с номером "3.1.3" в процедурной последовательности "3.1". Имя используется для спецификации параллельных нитей управления. Сообщения, которые отличаются только именем, являются параллельными на этом уровне вложенности. На одном уровне вложенности все нити управления эквивалентны в смысле приоритета передачи сообщений. С Например, сообщения с выражениями "ЗЛа" и "3.16" являются параллельными в процедурной последовательности "3.1". Символ рекуррентности используется для указания условного или итеративного выполнения. Семантика рекуррентности представляет ноль или больше сообщений, которые должны быть выполнены в зависимости от записанного условия. Возможны два случая записи рекуррентности: 1. '*' '[' Предложение-итерация ']' для записи итеративного выполнения соответствующего выражения. Итерация представляет последовательность сообщений одного уровня вложенности. Предложение-итерация может быть опущено, если условия итерации никак не специфицируются. Наиболее часто предложение-итерация записывается на некотором псевдокоде или языке программирования. В языке UML формат записи этого предложения не определен. Например, "*[/:=/..л]", что означает последовательную передачу сообщения с параметром /, который изменяется от 1 до некоторого целого числа п с шагом 1. 2. '['Предложение-условие У для записи ветвления. Это условие представляет такое сообщение, передача которого по данной ветви возможна только при истинности этого условия. Чаще всего предложение-условие записывают на некотором псевдокоде или языке программирования, поскольку в языке UML формат записи этого предложения не определен. Например, [х>у] означает, что сообщение по некоторой ветви будет передано только в том случае, если значение х больше значения у. Примечание Заметим, что условие записывается так же, как и итерация, но без звездочки. Это можно понимать как некоторую одношаговую итерацию. При этом предполагается, что итерация выполняется последовательно. Если необходимо отметить возможность параллельного выполнения итерации, в языке UML используется символ "*||". Итерация не распространяется на вложенные уровни данного потока или нити. Каждый уровень должен иметь свое собственное представление для итеративного повторения процедурной последовательности. Возвращаемое значение представляется в форме списка имен значений, возвращаемых по окончании коммуникации или взаимодействия в полной итерации данной процедурной последовательности. Эти идентификаторы могут выступать в качестве аргументов в последующих сообщениях. Если сообщение не возвращает никакого значения, то ни значение, ни оператор присваивания на диаграмме кооперации не указываются. 253 Например, сообщение 1.2.3: р:= найти_документ (спецификация_документа) означает передачу вложенного сообщения с запросом поиска в базе данных нужного документа по его спецификации, причем источнику сообщения должен быть возвращен найденный документ. Имя сообщения, записанное в сигнатуре после возвращаемого значения, означает имя события, которое инициируется объектом-получателем сообщения после его приема. Наиболее часто таким событием является вызов операции объекта. Это может быть реализовано различными способами, один из которых — вызов операции. Тогда соответствующая операция должна быть определена в том классе, которому принадлежит объект-получатель. Список аргументов представляет собой разделенные запятыми и заключенные в круглые скобки действительные параметры той операции, вызов которой инициируется данным сообщением. Список аргументов может быть пустым, однако скобки все равно записываются. Для записи аргументов также может быть использован некоторый псевдокод или язык программирования. Так, в приведенном выше примере сообщения 1.2.3: р:= найти_документ (спецификация_документа) аргумент найти_документ является именем сообщения, а спецификация_документа — списком аргументов, состоящим из единственного действительного параметра операции. При этом имя сообщения означает обращение к операции найти_ документ, которая должна быть определена в соответствующем классе объекта-получателя. Примечание На диаграмме кооперации при записи сообщений также могут использоваться • стереотипы, рассмотренные ранее при построении диаграммы последовательности (см. главу 8). Их семантика и синтаксис остаются без изменения, поскольку определены в нотации языка UML Раздел 14.2. Пример построения диаграммы кооперации В качестве примера рассмотрим построение диаграммы кооперации для моделирования процесса телефонного разговора с использованием обычной телефонной сети. Объектами в этом примере являются два абонента а и Ь, два телефонных аппарата с и 30 сек.} Примечание В первом из рассмотренных случаев знак "-" во временном ограничении обозначает арифметическую операцию вычитания (минус). Другие знаки являются обычными знаками сравнения величин. В последнем случае перед временной характеристикой указано имя объекта, к которому она относится. Комментарии или примечания Комментарии или примечания уже рассматривались ранее при изучении других видов диаграмм. Они могут включаться и в диаграммы последовательности, ассоциируясь с отдельными объектами или сообщениями. При этом используется стандартное обозначение для комментария — прямоугольник с "заломленным" правым верхним углом. Внутри этого прямоугольника записывается текст комментария на естественном языке. Раздел 15.2. Пример построения диаграммы последовательности В качестве примера рассмотрим построение диаграммы последовательности для моделирования процесса телефонного разговора с использованием обычной телефонной сети. Объектами в этом примере являются: два абонента а и b, два телефонных аппарата end, коммутатор и сам разговор как объект моделирования. При этом как коммутатор, так и разговор являются анонимными объектами. На первом этапе располагаем выбранные объекты на предполагаемой диаграмме (рис. 15.8). Заметим, что абонентов мы будем рассматривать как актеров, причем первый из них — а — играет активную роль, а второй — b — пассивную роль. Поэтому первый получает фокус управления сразу после своего появления в системе, а второй имеет только линию жизни. Коммутатор также имеет постоянную активность, что изображается его фокусом управления. Разговор как объект появляется только после установки соединения и уничтожается с его прекращением. Поэтому он будет изображен позже на этой же диаграмме последовательности. 266 Рис. 15.8. Начальный фрагмент диаграммы последовательности для моделирования телефонного разговора Процесс взаимодействия в этой системе начинается с поднятия трубки телефонного аппарата первым абонентом. Тем самым он посылает сообщение телефонному аппарату с, которое переводит этот аппарат в активное состояние и вызывает действие — подачу тонового сигнала в телефонную трубку для первого абонента. Следующее действие также инициируется первым абонентом — набор цифр телефонного номера. Это представлено в форме итеративного сообщения со знаком "*" слева от его имени. Заметим, что поднятие телефонной трубки и набор цифр номера являются физическими действиями и поэтому изображаются в форме простых асинхронных сообщений. После набора цифр'номера телефона аппарат с рекурсивно вызывает процедуру посылки коммутационных импульсов на коммутатор. Последний инициирует создание нового объекта в моделируемой системе — телефонного разговора. Дополненный фрагмент диаграммы последовательности изображен на рис. 15.9. После создания анонимный объект "разговор" сразу получает фокус активности и посылает сообщение телефонному аппарату d на выполнение действия — звонка вызова. При этом второй абонент снимает трубку (асинхронное сообщение), тем самым устанавливается прямое соединение между абонентами а и Ь. После того как абоненты опустят трубки, разговор заканчивается. Тем самым объект "разговор" уничтожается. Окончательный вариант диаграммы последовательности может содержать некоторые временные ограничения и комментарии (рис. 15.10). Назначение отдельных сообщений соответствуют рассмотренным действиям. 267 Рис. 15.9. Дополненный фрагмент диаграммы последовательности для моделирования телефонного разговора Рис. 15.10. Окончательный вариант диаграммы последовательности для моделирования телефонного разговора Примечание Дополнить диаграмму последовательности для этого примера временными ограничениями предлагается выполнить самостоятельно в качестве упражнения. Заключительные рекомендации по построению диаграмм последовательности Как уже отмечалось, построение диаграммы последовательности целесообразно начинать с выделения из всей совокупности тех и только тех классов, объекты которых участвуют в моделируемом взаимодействии. После этого все объекты наносятся на диаграмму с соблюдением некоторого порядка инициализации сообщений. Здесь необходимо установить, какие объекты будут существовать постоянно, а какие временно — только на период выполнения ими требуемых действий. Когда объекты визуализированы, можно приступать к спецификации сообщений. При этом следует учитывать те роли, которые играют сообщения в системе. При необходимости уточнения этих ролей надо использовать их разновидности и стереотипы. Для уничтожения объектов, которые создаются на время выполнения своих действий, нужно предусмотреть явное сообщение. Наиболее простые случаи ветвления процесса взаимодействия можно изобразить на одной диаграмме с использованием соответствующих графических примитивов. Однако следует помнить, что каждый альтернативный поток управления может существенно затруднить понимание построенной модели. Поэтому общим правилом является визуализация каждого потока управления на отдельной диаграмме последовательности. В этой ситуации такие отдельные диаграммы должны рассматриваться совместно как одна модель взаимодействия. Дальнейшая детализация диаграммы последовательности связана с введением временных ограничений на выполнение отдельных действий в системе. Для простых асин- 268 хронных сообщений временные ограничения могут отсутствовать. Однако необходимость синхронизировать сложные потоки управления, как правило, требуют введение в модель таких ограничений. Общая их запись должна следовать семантике языка объектных ограничений, который рассмотрен в приложении. Выводы по теме 15 Для диаграммы последовательности ключевым моментом является именно динамика взаимодействия объектов во времени. На диаграмме последовательности изображаются исключительно те объекты, которые непосредственно участвуют во взаимодействии и не показываются возможные статические ассоциации с другими объектами. Линия жизни служит для обозначения периода времени, в течение которого объект существует в системе. Чтобы явно выделить подобную активность объектов, в языке UML применяется специальное понятие, получившее название фокуса управления Теоретические вопросы по теме 15 Цель использования диаграмм последовательности? Что такое фокус управления? Что такое линия жизни? Какие стереотипы сообщений вы знаете? Опишите процесс построения диаграммы последовательности? 269 Лекция 16 Тема 16. Диаграмма состояний Раздел 16.1. Диаграмма состояний Рассмотренная выше диаграмма классов представляет собой логическую модель статического представления моделируемой системы. Речь идет о том, что на данной диаграмме изображаются только взаимосвязи структурного характера, не зависящие от времени или реакции системы на внешние события. Однако для большинства физических систем, кроме самых простых и тривиальных, статических представлений совершенно недостаточно для моделирования процессов функционирования подобных систем как в целом, так и их отдельных подсистем и элементов. Рассмотрим простой пример. Любое техническое устройство, такое как телевизор, компьютер, автомобиль, телефонный аппарат в самом общем случае может характеризоваться такими своими состояниями, как "исправен" и "неисправен". Интуитивно ясно, какой смысл вкладывается в каждое из этих понятий. Более того, использование по назначению данного устройства возможно только тогда, когда оно находится в исправном состоянии. В противном случае необходимо предпринять совершенно конкретные действия по его ремонту и восстановлению работоспособности. Однако понимание семантики понятия состояния представляет определенные трудности. Дело в том, что характеристика состояний системы не зависит (или слабо зависит) от логической структуры, зафиксированной в диаграмме классов. Поэтому при рассмотрении состояний системы приходится на время отвлечься от особенностей ее объектной структуры и мыслить совершенно другими категориями, образующими динамический контекст поведения моделируемой системы. Поэтому при построении диаграмм состояний необходимо использовать специальные понятия, которые и будут рассмотрены в данной главе. Ранее, было отмечено, что каждая прикладная система характеризуется не только структурой составляющих ее элементов, но и некоторым поведением или функциональностью. Для общего представления функциональности моделируемой системы предназначены диаграммы вариантов использования, которые на концептуальном уровне описывают поведение системы в целом. Сейчас наша задача заключается в том, чтобы представить поведение более детально на логическом уровне, тем самым раскрыть сущность ответа на вопрос: "В процессе какого поведения система обеспечивает необходимую функциональность?". Для моделирования поведения на логическом уровне в языке UML могут использоваться сразу несколько канонических диаграмм: состояний, деятельности, последовательности и кооперации, каждая из которых фиксирует внимание на отдельном аспекте функционирования системы. В отличие от других диаграмм диаграмма состояний описывает процесс изменения состояний только одного класса, а точнее — одного экземпляра определенного класса, т. е. моделирует все возможные изменения в состоянии конкретного объекта. При этом изменение состояния объекта может быть вызвано внешними воздействиями со стороны других объектов или извне. Именно для описания реакции объекта на подобные внешние воздействия и используются диаграммы состояний. Главное предназначение этой диаграммы — описать возможные последовательности состояний и переходов, которые в совокупности характеризуют поведение элемента модели в течение его жизненного цикла. Диаграмма состояний представляет динамическое поведение сущностей, на основе спецификации их реакции на восприятие некоторых конкретных событий. Системы, которые реагируют на внешние действия от других систем или от пользователей, иногда называют реактивными. Если такие действия иниции- 270 руются в произвольные случайные моменты времени, то говорят об асинхронном поведении модели. Хотя диаграммы состояний чаще всего используются для описания поведения отдельных экземпляров классов (объектов), но они также могут быть применены для спецификации функциональности других компонентов моделей, таких как варианты использования, актеры, подсистемы, операции и методы. Диаграмма состояний по существу является графом специального вида, который представляет некоторый автомат. Понятие автомата в контексте UML обладает довольно специфической семантикой, основанной на теории автоматов. Вершинами этого графа являются состояния и некоторые другие типы элементов автомата (псевдосостояния), которые изображаются соответствующими графическими символами. Дуги графа служат для обозначения переходов из состояния в состояние. Диаграммы состояний могут быть вложены друг в друга, образуая вложенные диаграммы более детального представления отдельных элементов модели. Для понимания семантики конкретной диаграммы состояний необходимо представлять не только особенности поведения моделируемой сущности, но и знать общие сведения по теории автоматов. Автоматы Автомат (state machine) в языке UML представляет собой некоторый формализм для моделирования поведения элементов модели и системы в целом. В метамодели UML автомат является пакетом, в котором определено множество понятий, необходимых для представления поведения моделируемой сущности в виде дискретного пространства с конечным числом состояний и переходов. С другой стороны, автомат описывает поведение отдельного объекта в форме последовательности состояний, которые охватывают все этапы его жизненного цикла, начиная от создания объекта и заканчивая его уничтожением. Каждая диаграмма состояний представляет некоторый автомат. Простейшим примером визуального представления состояний и переходов на основе формализма автоматов может служить рассмотренная выше ситуация с исправностью технического устройства, такого как компьютер. В этом случае вводятся в рассмотрение два самых общих состояния: "исправен" и "неисправен" и два перехода: "выход из строя" и "ремонт". Графически эта информация может быть представлена в виде изображенной ниже диаграммы состояний компьютера (рис. 16.1). Рис. 16.1. Простейший пример диаграммы состояний для технического устройства типа компьютер Основными понятиями, входящими в формализм автомата, являются состояние и переход. Главное различие между ними заключается в том, что длительность нахождения системы в отдельном состоянии существенно превышает время, которое затрачивается на переход из одного состояния в другое. Предполагается, что в пределе время перехода из одного состояния в другое равно нулю (если дополнительно ничего не сказано). Другими словами, переход объекта из состояния в состояние происходит мгновенно. В общем случае автомат представляет динамические аспекты моделируемой системы в виде ориентированного графа, вершины которого соответствуют состояниям, а дуги — переходам. При этом поведение моделируется как последовательное перемещение по 271 графу состояний от вершины к вершине по связывающим их дугам с учетом их ориентации. Для графа состояний системы можно ввести в рассмотрение специальные свойства. Одним из таких свойств является выделение из всей совокупности состояний двух специальных: начального и конечного. Хотя ни в графе состояний, ни на диаграмме состояний время нахождения системы в том или ином состоянии явно не учитывается, предполагается, что последовательность изменения состояний упорядочена во времени. Другими словами, каждое последующее состояние всегда наступает позже предшествующего ему состояния. Еще одним свойством графа состояний может служить достижимость состояний. Речь идет о том, что навигация или ориентированный путь в графе состояний определяет специальное бинарное отношение на множестве всех состояний системы. Это отношение характеризует потенциальную возможность перехода системы из рассматриваемого состояния в некоторое другое состояние. Очевидно, для достижимости состояний необходимо наличие связывающего их ориентированного пути в графе состояний. Формализм автоматов допускает вложение одних автоматов в другие для уточнения внутренней структуры отдельных более общих состояний (макросостояний). В этом случае вложенные автоматы получили название подавтоматов. Подавтоматы могут использоваться для внутренней спецификации процедур и функций, образующих поведение исходного объекта. Например, состояние неисправности технического устройства (рис. 16.1) может быть детализировано на отдельные подсостояния, каждое из которых может характеризовать неисправность отдельных подсистем, входящих в состав данного устройства. В языке UML понятие автомата дополнено специальной семантикой входящих в соответствующий пакет элементов. Далее в этой главе будут рассмотрены основные элементы поведения, которые образуют концептуальный базис, необходимый для правильного построения диаграмм состояний. Формализм обычного автомата основан на выполнении следующих обязательных условий: 1. Автомат не запоминает историю перемещения из состояния в состояние. С точки зрения моделируемого поведения определяющим является сам факт нахождения объекта в том или ином состоянии, но никак не последовательность состояний, в результате которой объект перешел в текущее состояние. Другими словами, автомат "забывает" все состояния, которые предшествовали текущему в данный момент времени. Образно говоря, существует непрозрачная стена, отделяющая текущее состояние от прошлого поведения объекта. Примечание Данное условие может быть изменено явным образом для сохранения некоторых аспектов предыстории поведения объекта на основе введения в рассмотрение так называемых исторических состояний, которые будут описаны ниже в этой главе. 2. В каждый момент времени автомат может находиться в одном и только в одном из своих состояний. Это означает, что формализм автомата предназначен для моделирования последовательного поведения, когда объект в течение своего жизненного цикла последовательно проходит через все свои состояния. При этом автомат может находиться в отдельном состоянии как угодно долго, если не происходит никаких событий. Примечание Это условие ограничивает применение автоматов для моделирования последовательных процессов. Необходимость моделирования параллельных процессов приводит к рассмот- 272 рению в контексте одной модели нескольких автоматов, каждый из которых специфицирует отдельный процесс поведения. 3. Хотя процесс изменения состояний автомата происходит во времени, явно концепция времени не входит в формализм автомата. Это означает, что длительность нахождения автомата в том или ином состоянии, а также время достижения того или иного состояния никак не специфицируются. Другими словами, время на диаграмме состояний присутствует в неявном виде, хотя для отдельных событий может быть указан интервал времени и в явном виде. Примечание Концепция времени в явной форме учитывается при построении диаграммы деятельности, когда требуется синхронизировать во времени процессы взаимодействия нескольких объектов модели. Поскольку диаграмма состояний предназначена для моделирования поведения объекта, которое определяется асинхронными событиями, эти события могут происходить в заранее неизвестные моменты времени. 4. Количество состояний автомата должно быть обязательно конечным (в языке UML рассматриваются только конечные автоматы), и все они должны быть специфицированы явным образом. При этом отдельные псевдосостояния могут не иметь спецификаций (начальное и конечное состояния). В этом случае их назначение и семантика полностью определяются из контекста модели и рассматриваемой диаграммы состояний. 5. Граф автомата не должен содержать изолированных состояний и переходов. Это условие означает, что для каждого из состояний, кроме начального, должно быть определено предшествующее состояние. Каждый переход должен обязательно соединять два состояния автомата. Допускается переход из состояния в себя, такой переход еще называют "петлей". 6. Автомат не должен содержать конфликтующих переходов, т. е. таких переходов из одного и того же состояния, когда объект одновременно может перейти в два и более последующих состояния (кроме случая параллельных подавтоматов). В языке UML исключение конфликтов возможно на основе введения так называемых сторожевых условий, которые будут рассмотрены ниже. Таким образом, правила поведения объекта, моделируемого некоторым автоматом, определяются, с одной стороны, общим формализмом автомата, а с другой — его графическим изображением в языке UML в форме конкретной диаграммы состояний. Состояние Понятие состояния (state) является фундаментальным не только в метамоде-ли языка UML, но и в прикладном системном анализе. Ранее в главе 1 кратко были рассмотрены особенности представления динамических характеристик сложных систем, традиционно используемых для моделирования поведения. Вся концепция динамической системы основывается на понятии состояния системы. Однако семантика состояния в языке UML имеет целый ряд специфических особенностей. В языке UML под состоянием понимается абстрактный метакласс, используемый для моделирования отдельной ситуации, в течение которой имеет место выполнение некоторого условия. Состояние может быть задано в виде набора конкретных значений атрибутов класса или объекта, при этом изменение их отдельных значений будет отражать изменение состояния моделируемого класса или объекта. 273 Следует заметить, что не каждый атрибут класса может характеризовать его состояние. Как правило, имеют значение только такие свойства элементов системы, которые отражают динамический или функциональный аспект ее поведения. В этом случае состояние будет характеризоваться некоторым инвариантным условием, включающим в себя только значимые для поведения класса атрибуты и их значения. Например, инвариант может представлять статическую ситуацию, когда объект находится в состоянии ожидания возникновения некоторого внешнего события. С другой стороны, инвариант используется для моделирования динамических аспектов, когда в ходе процесса выполняются некоторые действия. В этом случае моделируемый элемент переходит в рассматриваемое состояние в момент начала соответствующей деятельности и покидает данное состояние в момент ее завершения. Рис. 16.2. Графическое изображение состояний на диаграмме состояний Состояние на диаграмме изображается прямоугольником со скругленными вершинами (рис. 16.2). Этот прямоугольник, в свою очередь, может быть разделен на две секции горизонтальной линией. Если указана лишь одна секция, то в ней записывается только имя состояния (рис. 16.2, а). В противном случае в первой из них записывается имя состояния, а во второй — список некоторых внутренних действий или переходов в данном состоянии (рис. 16.2, б). При этом под действием в языке UML понимают некоторую атомарную операцию, выполнение которой приводит к изменению состояния или возврату некоторого значения (например, "истина" или "ложь"). Имя состояния Имя состояния представляет собой строку текста, которая раскрывает содержательный смысл данного состояния. Имя всегда записывается с заглавной буквы. Поскольку состояние системы является составной частью процесса ее функционирования, рекомендуется в качестве имени использовать глаголы в настоящем времени (звенит, печатает, ожидает) или соответствующие причастия (занят, свободен, передано, получено). Имя у состояния может отсутствовать, т. е. оно является необязательным для некоторых состояний. В этом случае состояние является анонимным, и если на диаграмме состояний их несколько, то все они должны различаться между собой. Список внутренних действий Эта секция содержит перечень внутренних действий или деятельностей, которые выполняются в процессе нахождения моделируемого элемента в данном состоянии. Каждое из действий записывается в виде отдельной строки и имеет следующий формат: <метка-дёйствия '/' выражение-действия> Метка действия указывает на обстоятельства или условия, при которых будет выполняться деятельность, определенная выражением действия. При этом выражение дейст- 274 вия может использовать любые атрибуты и связи, которые принадлежат области имен или контексту моделируемого объекта. Если список выражений действия пустой, то разделитель в виде наклонной черты '/' может не указываться. Перечень меток действия имеет фиксированные значения в языке UML, которые не могут быть использованы в качестве имен событий. Эти значения следующие: entry — эта метка указывает на действие, специфицированное следующим за ней выражением действия, которое выполняется в момент входа в данное состояние (входное действие); exit — эта метка указывает на действие, специфицированное следующим за ней выражением действия, которое выполняется в момент выхода из данного состояния (выходное действие); do — эта метка специфицирует выполняющуюся деятельность ("do activity"), которая выполняется в течение всего времени, пока объект находится в данном состоянии, или до тех пор, пока не закончится вычисление, специфицированное следующим за ней выражением действия. В последнем случае при завершении события генерируется соответствующий результат; include — эта метка используется для обращения к подавтомату, при этом следующее за ней выражение действия содержит имя этого подавтомата. Во всех остальных случаях метка действия идентифицирует событие, которое запускает соответствующее выражение действия. Эти события называются внутренними переходами и семантически эквивалентны переходам в само это состояние, за исключением той особенности, что выход из этого состояния или повторный вход в него не происходит. Это означает, что действия входа и выхода не выполняются. В качестве примера состояния рассмотрим ситуацию ввода пароля пользователя при аутентификации входа в некоторую программную систему (рис. 16.3). В этом случае список внутренних действий в данном состоянии не пуст и включает 4 отдельных действия, первые два из которых стандартные и описаны выше, а два последних определяются своей спецификацией. Рис. 16.3. Пример состояния с непустой секцией внутренних действий Начальное состояние Начальное состояние представляет собой частный случай состояния, которое не содержит никаких внутренних действий (псевдосостояния). В этом состоянии находится объект по умолчанию в начальный момент времени. Оно служит для указания на диаграмме состояний графической области, от которой начинается процесс изменения состояний. Графически начальное состояние в языке UML обозначается в виде закрашенно- 275 го кружка (рис. 16.4, а), из которого может только выходить стрелка, соответствующая переходу. Рис. 16.4. Графическое изображение начального и конечного состояний на диаграмме состояний На самом верхнем уровне представления объекта переход из начального состояния может быть помечен событием создания (инициализации) данного объекта. В противном случае переход никак не помечается. Если этот переход не помечен, то он является первым переходом в следующее за ним состояние. Конечное состояние Конечное (финальное) состояние представляет собой частный случай состояния, которое также не содержит никаких внутренних действий (псевдосостояния). В этом состоянии будет находиться объект по умолчанию после завершения работы автомата в конечный момент времени. Оно служит для указания на диаграмме состояний графической области, в которой завершается процесс изменения состояний или жизненный цикл данного объекта. Графически конечное состояние в языке UML обозначается в виде закрашенного кружка, помещенного в окружность (рис. 16.4, б), в которую может только входить стрелка, соответствующая переходу. Переход Простой переход (simple transition) представляет собой отношение между двумя последовательными состояниями, которое указывает на факт смены одного состояния другим. Пребывание моделируемого объекта в первом состоянии может сопровождаться выполнением некоторых действий, а переход во второе состояние будет возможен после завершения этих действий, а также после удовлетворения некоторых дополнительных условий. В этом случае говорят, что переход срабатывает, Или происходит срабатывание перехода. До срабатывания перехода объект находится в предыдущем от него состоянии, называемым исходным состоянием, или в источнике (не путать с начальным состоянием — это разные понятия), а после его срабатывания объект находится в последующем от него состоянии (целевом состоянии). Переход осуществляется при наступлении некоторого события: окончания выполнения деятельности (do activity), получении объектом сообщения или приемом сигнала. На переходе указывается имя события Кроме того, на переходе могут указываться действия, производимые объектом в ответ на внешние события при переходе из одного состояния в другое. Срабатывание перехода может зависеть не только от наступления некоторого события, но и от выполнения определенного условия, называемого сторожевым условием. Объект перейдет из одного состояния в другое в том случае, если произошло указанное событие и сторожевое условие приняло значение "истина". Примечание Переход может быть направлен в то же состояние, из которого он выходит. В этом случае его называют переходом в себя. Исходное и целевое состояния перехода в себя совпадают. Этот переход изображается петлей со стрелкой и отличается от внутреннего перехода. 276 При переходе в себя объект покидает исходное состояние, а затем снова входит в него. При этом всякий раз выполняются внутренние действия, специфицированные метками entry и exit. На диаграмме состояний переход изображается сплошной линией со стрелкой, которая направлена в целевое состояние (например, "выход из строя" на рис. 16.1). Каждый переход может помечен строкой текста, которая имеет следующий общий формат: <сигнатура события>'['<сторожевое условие>']' <выражение действия>. При этом сигнатура события описывает некоторое событие с необходимыми аргументами: <имя события>'('<список параметров, разделенных запятыми>')'. Событие Термин событие (event) требует отдельного пояснения, поскольку является самостоятельным элементом языка UML. Формально, событие представляет собой спецификацию некоторого факта, имеющего место в пространстве и во времени. Про события говорят, что они "происходят", при этом отдельные события должны быть упорядочены во времени. После наступления некоторого события нельзя уже вернуться к предыдущим событиям, если такая возможность не предусмотрена явно в модели. Семантика понятия события фиксирует внимание на внешних проявлениях качественных изменений, происходящих при переходе моделируемого объекта из состояния в состояние. Например, при включении электрического переключателя происходит некоторое событие, в результате которого комната становится освещенной. После успешного ремонта компьютера также происходит немаловажное событие — восстановление его работоспособности. Если поднять трубку обычного телефона, то, в случае его исправности, мы ожидаем услышать тоновый сигнал. И этот факт тоже является событием. В языке UML события играют роль стимулов, которые инициируют переходы из одних состояний в другие. В качестве событий можно рассматривать сигналы, вызовы, окончание фиксированных промежутков времени или моменты окончания выполнения определенных действий. Имя события идентифицирует каждый отдельный переход на диаграмме состояний и может содержать строку текста, начинающуюся со строчной буквы. В этом случае принято считать переход триггерным, т. е. таким, который специфицирует событие-триггер. Например, переходы на рис. 16.1 являются триггерными, поскольку с каждым из них связано некоторое событие-триггер, происходящее асинхронно в момент выхода из строя технического устройства или в момент окончания его ремонта. Если рядом со стрелкой перехода не указана никакая строка текста, то соответствующий переход является нетриггерным, и в этом случае из контекста диаграммы состояний должно быть ясно, после окончания какой деятельности он срабатывает. После имени события могут следовать круглые скобки для явного задания параметров соответствующего события-триггера. Если таких параметров нет, то список параметров со скобками может отсутствовать. Сторожевое условие Сторожевое условие (guard condition), если оно есть, всегда записывается в прямых скобках после события-триггера и представляет собой некоторое булевское выражение. Напомним, что булевское выражение должно принимать одно их двух взаимно исключающих значений: "истина" или "ложь". Из контекста диаграммы состояний должна явно следовать семантика этого выражения, а для записи выражения может использоваться синтаксис языка объектных ограничений, основы которого изложены в приложении. 277 Введение для перехода сторожевого условия позволяет явно специфицировать семантику его срабатывания. Если сторожевое условие принимает значение "истина", то соответствующий переход может сработать, в результате чего объект перейдет в целевое состояние. Если же сторожевое условие принимает значение "ложь", то переход не может сработать, и при отсутствии других переходов объект не может перейти в целевое состояние по этому переходу. Однако вычисление истинности сторожевого условия происходит только после возникновения ассоциированного с ним события-триггера, инициирующего соответствующий переход. В общем случае из одного состояния может быть несколько переходов с одним и тем же событием-триггером. При этом никакие два сторожевых условия не должны одновременно принимать значение "истина". Каждое из сторожевых условий необходимо вычислять всякий раз при наступлении соответствующего события-триггера. Примером события-триггера может служить разрыв телефонного соединения с провайдером Интернет-услуг после окончания загрузки электронной почты клиентской почтовой программой (при удаленном доступе к Интернету). В этом случае сторожевое условие есть не что иное, как ответ на вопрос: "Пуст ли почтовый ящик клиента на сервере провайдера?". В случае положительного ответа "истина", следует отключить соединение с провайдером, что и делает автоматически почтовая программа-клиент. В случае отрицательного ответа "ложь", следует оставаться в состоянии загрузки почты и не разрывать телефонное соединение. Графически фрагмент логики моделирования почтовой программы может быть представлен в виде следующей диаграммы состояний (рис.16.5). Как можно заключить из контекста, в начальном состоянии программа не выполняется, хотя и имеется на компьютере пользователя. В момент ее включения происходит ее активизация. В этом состоянии программа может находиться неопределенно долго, пока пользователь ее не закроет, т. е. не выгрузит из оперативной памяти компьютера. После окончания активизации программа переходит в конечное состояние. В активном состоянии программы пользователь может читать сообщения электронной почты, создавать собственные послания и выполнять другие действия, не указанные явно на диаграмме. Однако при необходимости получить новую почту, пользователь должен установить телефонное соединение с провайдером, что и показано явно на диаграмме верхним переходом. Другими словами, пользователь инициирует событие-триггер "установить телефонное соединение". В качестве параметра этого события выступает конкретный телефонный номер модемного пула провайдера. Далее следует проверка сторожевого условия "телефонное соединение установлено", которое следует понимать как вопрос. Только в случае положительного ответа "да", т. е. "истина", происходит переход почтовой программы-клиента из состояния "активизация почтовой программы" в состояние "загрузка почты с сервера провайдера". В противном случае (линия занята, неверный ввод пароля, отключенный логин) никакой загрузки почты не произойдет, и программа останется в прежнем своем состоянии. 278 Рис. 16.5. Диаграмма состояний для моделирования почтовой программы-клиента Второй триггерный переход на диаграмме инициирует автоматический разрыв телефонного соединения с провайдером после окончания загрузки почты на компьютер пользователя. В' этом случае событие-триггер "закончить загрузку почты" происходит после проверки сторожевого условия "почтовый ящик на сервере пуст", которое также следует понимать в форме вопроса. При положительном ответе на этот вопрос (вся почта загружена или ее просто нет в ящике) почтовая программа прекращает загрузку почты и переходит в состояние активизации. В случае же отрицательного ответа загрузка почты будет продолжена. Примечание Конечно, рассмотренный пример имеет методический характер и иллюстрирует лишь основные особенности поведения почтовой программы-клиента в одном из ее аспектов. И даже этот аспект загрузки почты во многом условный, поскольку не учитывает реакцию программы на такие сообщения, как "линия занята" или самопроизвольный разрыв соединения. Речь идет о том, что в отдельных случаях может произойти редкое, но весьма неприятное событие, получившее название "залипание модема". Это характерно для ситуации, когда вся почта загружена, а автоматический разрыв соединения не происходит. Тем не менее и этот случай можно предусмотреть в нашей модели, дополнив диаграмму еще одним переходом с аналогичным событием-триггером "закончить загрузку почты" и с новым сторожевым условием. Это сторожевое условие должно проверять максимально допустимое время соединения для загрузки почты (например, 600 секунд) и может быть сформулировано в виде "время загрузки почты превышает 600 секунд". Модифицировать диаграмму состояний для этого случая предлагается самостоятельно в качестве упражнения. Выражение действия Выражение действия (action expression) выполняется в том и только в том случае, когда переход срабатывает. Представляет собой атомарную операцию (достаточно простое вычисление), выполняемую сразу после срабатывания соответствующего перехода до начала каких бы то ни было действий в целевом состоянии. Атомарность действия означает, что оно не может быть прервано никаким другим действием до тех пор, пока не закончится его выполнение. Данное действие может оказывать влияние как на сам объект, так и на его окружение, если это с очевидностью следует из контекста модели. Выражение записывается после знака "/" в строке текста, присоединенной к соответствующему переходу. В общем случае, выражение действия может содержать целый список отдельных действий, разделенных символом ";". Обязательное требование — все действия из списка должны четко различаться между собой и следовать в порядке их записи. На синтаксис записи выражений действия не накладывается никаких ограничений. Главное — их запись должна быть понятна разработчикам модели и программистам. Поэтому чаще всего выражения записывают на одном из языков программирования, который предполагается использовать для реализации модели. В качестве примера выражения действия (см. рис. 16.5) может служить "разорвать телефонное соединение (телефонный номер), которое должно быть выполнено сразу после установления истинности ("истина") сторожевого условия "почтовый ящик на сервере пуст". 279 Другим примером может служить очевидная ситуация с выделением графических объектов на экране монитора при однократном нажатии левой кнопки мыши. Имеется в виду обработка сигналов от пользователя при выделении тех или иных графических примитивов (пиктограмм). В этом случае соответствующий переход может иметь следующую строку текста: "нажата и отпущена левая кнопка мыши (координаты) [координаты в области графического объекта] / выделить объект (цвет). Результатом этого триггерного перехода может быть, например, активизация некоторых свойств объекта (размер файла в строке состояния) или последующее его удаление в корзину. Примечание Иногда после выражения действия может быть записано сообщение в формате: 'Л' <имя объекта приемника сообщения> '.' <имя посылаемого сообщения> '('<параметр>':'<тип>,')'. При этом сообщение имеет чисто информационный характер и не передает управление на объект-приемник сообщения. Составное состояние и подсостояние Составное состояние (composite state) — такое сложное состояние, которое состоит из других вложенных в него состояний. Последние будут выступать по отношению к первому как подсостояния (substate). Хотя между ними имеет место отношение композиции, графически все вершины диаграммы, которые соответствуют вложенным состояниям, изображаются внутри символа составного состояния (рис. 16.6). В этом случае размеры графического символа составного состояния увеличиваются, так чтобы вместить в себя все подсостояния. Рис. 16.6. Графическое представление составного состояния с двумя вложенными в него последовательными подсостояниями Составное состояние может содержать два или более параллельных подавтомата или несколько последовательных подсостояний. Каждое сложное состояние может уточняться только одним из указанных способов. При этом любое из подсостояний, в свою очередь, может являться составным состоянием и содержать внутри себя другие вложенные подсостояния. Количество уровней вложенности составных состояний не фиксировано в языке UML. Последовательные подсостояния Последовательные подсостояния (sequential substates) используются для моделирования такого поведения объекта, во время которого в каждый момент времени объект может находиться в одном и только одном подсостояний. Поведение объекта в этом случае представляет собой последовательную смену подсостояний, начиная от начального и за- 280 канчивая конечным подсостояниями. Хотя объект продолжает находиться в составном состоянии, введение в рассмотрение последовательных подсостояний позволяет учесть более тонкие логические аспекты его внутреннего поведения. Для примера рассмотрим в качестве моделируемого объекта обычный телефонный аппарат. Он может находиться в различных состояниях, одним из которых является состояние дозвона до абонента. Очевидно, для того чтобы позвонить, необходимо снять телефонную трубку, услышать тоновый сигнал, после чего набрать нужный телефонный номер. Таким образом, состояние дозвона до абонента является составным и состоит из двух последовательных подсостояний: "поднять телефонную трубку" и "набрать телефонный номер". Фрагмент диаграммы состояний для этого примера содержит одно составное состояние и два последовательных подсостояний (рис. 16.7). Рис. 16.7. Пример составного состояния с двумя вложенными последовательными подсостояниями Некоторых пояснений могут потребовать переходы. Два из них специфицируют событие-триггер набор цифры, которое имеет имя "цифра" с параметром "п". В качестве параметра, как нетрудно предположить, выступает отдельная цифра на диске телефонного аппарата. Переход из начального под-состояния нетриггерный, поскольку он не содержит никакой строки текста. Последний переход в конечное подсостояние не имеет событиятриггера, но имеет сторожевое условие, проверяющее правильность набранного номера абонента. Только в случае истинности этого условия телефонный аппарат может перейти в конечное подсостояние, которое характеризует суперсостояние "дозвон до абонента" в целом. Составное состояние может содержать в качестве вложенных подсостояний начальное и конечное состояния. При этом начальное подсостояние является исходным, когда происходит переход объекта в данное составное состояние. Если составное состояние содержит внутри себя конечное подсостояние, то переход в это вложенное конечное состояние означает завершение нахождения объекта в данном вложенном состоянии. Важно помнить, что для последовательных подсостояний начальное и конечное состояния должны быть единственными в каждом составном состоянии. Это можно объяснить следующим образом. Каждая совокупность вложенных последовательных подсостояний представляет собой подавтомат того автомата, которому принадлежит рассматриваемое составное состояние. Поскольку каждый автомат может иметь по определению единственное начальное и единственное конечное состояния, то для подавтомата это условие также должно выполняться (рис. 16.7). Параллельные подсостояния 281 Параллельные подсостояния (concurrent substates) позволяют специфицировать два и более подавтомата, которые могут выполняться параллельно внутри составного события. Каждый из подавтоматов занимает некоторую область (регион) внутри составного состояния, которая отделяется от остальных горизонтальной пунктирной линией. Если на диаграмме состояний имеется составное состояние с вложенными параллельными подсостояниями, то объект может одновременно находиться в каждом из этих подсостояний. Однако отдельные параллельные подсостояния могут, в свою очередь, состоять из нескольких последовательных подсостояний (подавтоматы 1 и 2 на рис. 16.8). В этом случае по определению объект может находиться только в одном из последовательных подсостояний подавтомата. Таким образом, для абстрактного примера (рис. 16.8) допустимо одновременное нахождение объекта в подсостояниях (1, 3, 4), (2, 3, 4), (1, 3, 5), (2, 3, 5). Недопустимо нахождение объекта одновременно в подсостояниях (1, 2,3) или (3, 4, 5). Рис. 16.8. Графическое изображение составного состояния с вложенными параллельными подсостояниями Поскольку каждый регион вложенного состояния специфицирует некоторый подавтомат, то для каждого из вложенных подавтоматов могут быть определены собственные начальное и конечные подсостояния (рис. 16.8). При переходе в данное составное состояние каждый из подавтоматов оказывается в своем начальном подсостояний. Далее происходит параллельное выполнение каждого из этих подавтоматов, причем выход из составного состояния будет возможен лишь в том случае, когда все подавтоматы будут находиться в своих конечных подсостояниях. Если какой-либо из подавтоматов пришел в свое конечное состояние раньше других, то он должен ожидать, пока и другие подавтоматы не придут в свои конечные состояния. В некоторых случаях бывает желательно скрыть внутреннюю структуру составного состояния. Например, отдельный подавтомат, специфицирующий составное состояние, может быть настолько большим по масштабу, что его визуализация затруднит общее представление диаграммы состояний. В подобной ситуации допускается не раскрывать на исходной диаграмме состояний данное составное состояние, а указать в правом нижнем углу специальный символ-пиктограмму (рис. 16.9). В последующем диаграмма состояний для соответствующего подавтомата может быть изображена отдельно от основной с необходимыми комментариями. 282 Рис. 16.9. Составное состояние со скрытой внутренней структурой и специальной пиктограммой Историческое состояние Как было отмечено выше, формализм обычного автомата не позволяет учитывать предысторию в процессе моделирования поведения объектов. Однако функционирование целого ряда систем основано на возможности выхода из отдельных состояний с последующим возвращением в это же состояние. При этом может оказаться необходимым учесть ту часть деятельности, которая была выполнена на момент выхода из этого состоянии, чтобы не начинать ее выполнение сначала. Для этой цели в языке UML существует историческое состояние. Историческое состояние (history state) применяется в контексте составного состояния. Оно используется для запоминания того из последовательных подсостояний, которое было текущим в момент выхода из составного состояния. При этом существует две разновидности исторического состояния: недавнее и давнее (рис. 16.10). Рис. 16.10. Графическое изображение недавнего (а) и давнего (б) исторического состояния Недавнее историческое состояние (shallow history state) обозначается в форме небольшой окружности, в которую помещена латинская буква "Н" (рис. 16.10, а). Это состояние обладает следующей семантикой. Во-первых, оно является первым подсостоянием в составном состоянии, и переход извне в это составное состояние должен вести непосредственно в это историческое состояние. Во-вторых, при первом попадании в недавнее историческое состояние оно не хранит никакой истории (история пуста). Другими словами, при первом переходе в недавнее историческое состояние оно заменяет собой начальное состояние подавтомата. Далее следует последовательное изменение вложенных подсостояний. Если в некоторый момент происходит выход из вложенного состояния (например, в случае некоторого внешнего события), то это историческое состояние запоминает то из подсостояний, которое являлось текущим на момент выхода. При следующем входе в это же составное состояние историческое подсостояние уже имеет непустую историю и сразу отправляет подавтомат в запомненное подсостояние, минуя все предшествующие ему подсостояния. Историческое состояние теряет свою историю в тот момент, когда подавтомат доходит до своего конечного состояния. При этом недавнее историческое состояние запоминает историю только того подавтомата, к которому он относится. Другими словами, этот тип состояния способен запомнить историю только одного с ним уровня вложенности. С другой стороны, запомненное состояние, в свою очередь, также может являться составным состоянием. Давнее историческое состояние (deep history state) обозначается в 283 форме небольшой окружности, в которую помещена латинская буква "Н" с символом "*" (рис. 16.10, б) и служит для запоминания всех подсостояний любого уровня вложенности для текущего подавтомата. Простым примером, иллюстрирующем применение недавнего исторического состояния, может служить логика работы почтовой программы-клиента. Предположим, при запуске этой программы мы находимся в состоянии написания нового сообщения, причем набран уже значительный фрагмент текста. Почтовая программа может быть сконфигурирована таким образом, что в фиксированные моменты времени (например, каждые 30 минут) она проверяет наличие новых сообщений на сервере провайдера при удаленном доступе. Очевидно, что очередной дозвон, хотя и прерывает работу редактора, не должен привести к потере набранного фрагмента текста. В этом случае составное состояние "работа редактора" должно содержать вложенное историческое подсостояние, которое запоминает выполненную работу. После окончания дозвона и загрузки новой почты (в случае ее наличия) мы должны вернуться к сохраненному фрагменту нашего сообщения и продолжить работу редактора программы. Диаграмма состояний почтовой программы-клиента (см. рис. 16.5) может быть дополнена с учетом рассмотренного аспекта ее поведения. Сложные переходы Рассмотренное выше понятие перехода является вполне достаточным для большинства типичных расчетно-вычислительных задач. Однако современные программные системы могут реализовывать очень сложную логику поведения отдельных своих компонентов. Может оказаться, что для адекватного представления процесса изменения состояний семантика обычного перехода для них недостаточна. С этой целью в языке UML специфицированы дополнительные обозначения и свойства, которыми могут обладать отдельные переходы на диаграмме состояний. Переходы между параллельными состояниями В отдельных случаях переход может иметь несколько состояний-источников и несколько целевых состояний. Такой переход получил специальное название — параллельный переход. Введение в рассмотрение параллельного перехода обусловлено необходимостью синхронизировать и/или разделить отдельные подпроцессы на параллельные нити без спецификации дополнительной синхронизации в параллельных подавтоматах. Графически такой переход изображается вертикальной черточкой, аналогично обозначению перехода в известном формализме сетей Петри. Если параллельный переход имеет две или более входящих дуг (рис. 16.12, а), то его называют соединением (join). Если же он имеет две или более исходящих из него дуг (рис. 16.121, б), то его называют ветвлением (fork). Текстовая строка спецификации параллельного перехода записывается рядом с черточкой и относится ко всем входящим (исходящим) дугам. Срабатывание параллельного перехода происходит следующим образом. В первом случае (переход-соединение) переход срабатывает, если имеет место событие-триггер для всех исходных состояний этого перехода, и выполнено (при его наличии) сторожевое условие. При срабатывании перехода-соединения одновременно покидаются все исходные состояния перехода (состояния 1 и 2) и происходит переход в целевое состояние. При этом каждое из исходных состояний перехода должно принадлежать отдельному подавтомату, входящему в состав автомата (процессу 1). Во втором случае (ветвление) происходит расщепление автомата на два подавтомата, образующих параллельные ветви вложенных подсостояний. При этом после срабатывания перехода моделируемый объект одновременно будет находиться во всех целевых 284 состояниях этого перехода (состояния 3 и 4). Далее процесс изменения состояний будет протекать согласно ранее рассмотренным правилам для составных состояний. Переходы между составными состояниями Переход, стрелка которого соединена с границей некоторого составного состояния, обозначает переход в составное состояние (переход b на рис. 6.12). Он эквивалентен переходу в начальное состояние каждого из подавтоматов (возможно, единственному), входящих в состав данного суперсостояния. Переход, выходящий из составного состояния (переходы f и g на рис. 16.12), относится к каждому из вложенных подсостояний. Это означает, что объект может покинуть составное суперсостояние, находясь в любом из его подсостояний. Для этого вполне достаточно выполнения события и сторожевого условия. Рис. 16.12. Графическое изображение параллельного перехода из параллельных состояний (а) и параллельного перехода в параллельные состояния (б) Иногда желательно реализовать ситуацию, когда выход из отдельного вложенного состояния соответствовал бы выходу и из составного состояния тоже. В этом случае изображают переход, который непосредственно выходит из вложенного подсостояния за границу суперсостояния (переход с на рис. 16.13). Аналогично, допускается изображение переходов, входящих извне составного состояния в отдельное вложенное состояние (переход а на рис. 16.13). Синхронизирующие состояния Как уже было отмечено, поведение параллельных подавтоматов независимо друг от друга, что позволяет реализовать многозадачность в программных системах. Однако в отдельных случаях может возникнуть необходимость учесть в модели синхронизацию наступления отдельных событий. Для этой цели в языке UML имеется специальное псевдосостояние, которое называется синхронизирующим состоянием. Синхронизирующее состояние (synch state) обозначается небольшой окружностью, внутри которой помещен символ звездочки "*". Оно используется совместно с переходомсоединением или переходом-ветвлением для того, чтобы явно указать события в других подавтоматах, оказывающие непосредственное влияние на поведение данного подавтомата. Для иллюстрации использования синхронизирующих состояний рассмотрим упрощенную ситуацию с моделированием процесса постройки дома. Предположим, что постройка дома включает в себя строительные работы (возведение фундамента и стен, возведение крыши и отделочные работы) и работы по электрификации дома (подведение электрической линии, прокладка скрытой электропроводки и установка осветительных ламп). Очевидно, два этих комплекса работ могут выполняться параллельно, однако между ними есть некоторая взаимосвязь. В частности, прокладка скрытой электропроводки может начаться лишь после того, как будет завершено возведение фундамента и стен. А отделочные работы следует начать 285 лишь после того, как будет закончена прокладка скрытой электропроводки. В противном случае отделочные работы придется проводить повторно. Рассмотренные особенности синхронизации этих параллельных процессов учтены на соответствующей диаграмме состояний с помощью двух синхронизирующих состояний (рис. 16.14). Рис. 16.13. Различные варианты переходов в (из) составное состояние В завершение этого раздела рассмотрим диаграмму состояний, которая представляет собой пример моделирования поведения конкретного объекта — процесса функционирования телефонного аппарата (рис. 16.15). Этот пример иллюстрирует все основные особенности графической нотации, используемой при построении диаграммы состояний. Кратко прокомментируем основные особенности этого примера. Данная диаграмма состояний представляет единственный автомат с одним составным состоянием. Вне этого составного состояния имеется только одно состояние "ожидание", которое характеризует исправный и подключенный к телефонной сети телефонный аппарат. Переход в следующее состояние происходит при поднятии телефонной трубки. Переход с атомарным действием "подать тоновый сигнал" переводит аппарат в составное состояние, а точнее — в начальное его подсостояние. Рис. 16.14. Диаграмма состояний для примера со строительством дома Далее телефонный аппарат будет находиться в состоянии "тоновый сигнал". При этом будет непрерывно издавать этот сигнал до тех пор, пока не произойдет событиетриггер "набор цифры (п)", либо не истечет 15 секунд с момента поднятия трубки. В первом случае аппарат перейдет в состояние "набор номера", а во втором — в состояние "истечение времени ожидания". Последняя ситуация может быть результатом сомнений по поводу "звонить — не звонить?", следствием чего могут стать гудки в трубке. При этом нам ничего не остается делать, как опустить ее на рычаг. При наборе номера выполняется событие-триггер "набор цифры (п) со сторожевым условием "номер неполный". Это означает, что если набранный телефонный номер не содержит необходимого количества цифр, то нам следует продолжать набор очередной цифры, оставаясь в состоянии "набор номера". Если же набранный номер полный, то можно перейти в состояние "неверный номер" или "соединение". В случае неверного номера (сторожевое условие "неверный" ис- 286 тинно) ничего не остается, как покинуть составное состояние, опустив трубку на рычаг. Если же номер верный, то происходит соединение по этому номеру. Однако в результате соединения может оказаться, что аппарат абонента занят (переход в состояние "занято") либо свободен (переход в состояние "звонок у абонента"). В первом случае можно повторить дозвон, предварительно опустив трубку на рычаг (выход из составного состояния). Во втором случае происходит проверка сторожевого условия "разговор доступен". Если оно истинно, что соответствует снятию трубки абонентом, начинается телефонный разговор. В противном случае (это условие не выполняется, т. е. оно ложно) телефон абонента будет продолжать звонить, извещая нас об отсутствии последнего либо о невозможности по какой-либо причине вести разговор по телефону. При этом нам ничего не остается, как опустить трубку на рычаг. Если же разговор состоялся, то после слов прощания и выполнения сторожевого условия "подтверждение" на окончание разговора мы снова опускаем трубку. При этом телефонный аппарат переходит в состояние "ожидание", в котором может находиться неопределенно долго. Примечание Строго говоря, рассмотренный пример отражает не все аспекты поведения даже такого несложного на первый взгляд устройства, каким является обычный телефонный аппарат. В частности, данная диаграмма состояний может быть дополнена переходом из состояния "ожидание" по событию-триггеру "телефонный звонок", который может сразу перевести нас во внутреннее подсостояние "разговор", если мы решили снять телефонную трубку (переход типа а на рис. 16.12). Другая модификация может быть связана с желанием повторно использовать набранный номер в случае коротких гудков "занято" у абонента. Решение этой задачи может быть реализовано на основе использования исторического состояния вместо начального подсостояния, которое будет запоминать в памяти аппарата единожды набранный номер. Раздел 16.2 Заключительные рекомендации по построению диаграмм состояний Основные особенности построения диаграмм состояний были рассмотрены при описании соответствующих модельных элементов, входящих в пакет Автоматы. Однако некоторые моменты не нашли отражения, о чем необходимо сказать в заключение этой главы. По своему назначению диаграмма состояний не является обязательным представлением в модели и как бы "присоединяется" к тому элементу, который, по замыслу разработчиков, имеет нетривиальное поведение в течение своего жизненного цикла. Наличие у системы нескольких состояний, отличающихся от простой дихотомии "исправен — неисправен", "активен — неактивен", "ожидание — реакция на внешние действия", уже служит признаком необходимости построения диаграммы состояний. В качестве начального варианта диаграммы состояний, если нет очевидных соображений по поводу состояний объекта, можно воспользоваться этими суперсостояниями, рассматривая их как составные и уточняя их (детализируя их внутреннюю структуру) по мере рассмотрения логики поведения объекта. При выделении состояний и переходов следует помнить, что длительность срабатывания отдельных переходов должна быть существенно меньшей, чем нахождение моделируемого объекта в соответствующих состояниях. Каждое из состояний должно характеризоваться определенной устойчивостью во времени. Другими словами, из каждого состояния на диаграмме не может быть самопроизвольного перехода в какое бы то ни было другое состояние. Все переходы должны быть явно специфицированы, в противном случае построенная диаграмма состояний является либо неполной, либо ошибочной. 287 При разработке диаграммы состояний нужно постоянно следить, чтобы объект в каждый момент мог находиться только в единственном состоянии. Если это не так, то данное обстоятельство может быть как следствием ошибки, так и неявным признаком наличия параллельности у поведения моделируемого объекта. В последнем случае следует явно специфицировать необходимое число подавтоматов, вложив их в то составное состояние, которое характеризуется нарушением условия одновременности. Следует обязательно проверять, что никакие два перехода из одного состояния не могут сработать одновременно (требование отсутствия конфликтов у переходов). Наличие такого конфликта может служить признаком ошибки либо неявной параллельности типа ветвления рассматриваемого процесса на два и более подавтомата. Если параллельность по замыслу разработчика отсутствует, то необходимо ввести дополнительные сторожевые условия либо изменить существующие, чтобы исключить конфликт переходов. При наличии параллельности следует заменить конфликтующие переходы одним параллельным переходом типа ветвления. Использование исторических состояний оправдано в том случае, когда необходимо организовать обработку исключительных ситуаций (прерываний) без потери данных или выполненной работы. При этом применять исторические состояния, особенно глубокие, надо с известной долей осторожности. Нужно помнить, что каждый из подавтоматов может иметь только одно историческое состояние. В противном случае возможны ошибки, особенно когда подавтоматы изображаются на отдельных диаграммах состояний. И, наконец, следует отметить, что некоторые дополнительные конструкции автоматов, такие как точки динамического выбора (dynamic choice points) или точки соединения (junction points), в лекциях не нашли отражения. Это сделано по той причине, что данные модельные элементы, хотя и позволяют моделировать более сложные аспекты динамического управления поведением объекта, не являются базовыми. Соответствующая информация содержится в оригинальной документации по языку UML. Выводы по теме 16 Главное предназначение этой диаграммы — описать возможные последовательности состояний и переходов, которые в совокупности характеризуют поведение элемента модели в течение его жизненного цикла. Диаграмма состояний представляет динамическое поведение сущностей, на основе спецификации их реакции на восприятие некоторых конкретных событий. Теоретические вопросы по теме 16 Цель использования диаграмм состояний? Что такое состояние? Что такое переход? Какие типы переходов вы знаете? Опишите процесс построения диаграммы состояний? 288 Лекция 17 Тема 17. Диаграмма деятельности Раздел 17.1. Диаграмма деятельности При моделировании поведения проектируемой или анализируемой системы возникает необходимость не только представить процесс изменения ее состояний, но и детализировать особенности алгоритмической и логической реализации выполняемых системой операций. Традиционно для этой цели использовались блок-схемы или структурные схемы алгоритмов. Каждая такая схема акцентирует внимание на последовательности выполнения определенных действий или элементарных операций, которые в совокупности приводят к получению желаемого результата. Алгоритмические и логические операции, требующие выполнения в определенной последовательности, окружают нас постоянно. Конечно, мы не всегда задумываемся о том, что подобные операции относятся к столь научным категориям. Например, чтобы позвонить по телефону, нам предварительно нужно снять трубку или включить его. Для приготовления кофе или заваривания чая необходимо вначале вскипятить воду. Чтобы выполнить ремонт двигателя автомобиля, требуется осуществить целый ряд нетривиальных операций, таких как разборка силового агрегата, снятие генератора и некоторых других. Важно подчеркнуть то обстоятельство, что с увеличением сложности системы строгое соблюдение последовательности выполняемых операций приобретает все более важное значение. Если попытаться заварить кофе холодной водой, то мы можем только испортить одну порцию напитка. Нарушение последовательности операций при ремонте двигателя может привести к его поломке или выходу из строя. Еще более катастрофические последствия могут произойти в случае отклонения от установленной последовательности действий при взлете или посадке авиалайнера, запуске ракеты, регламентных работах на АЭС. Для моделирования процесса выполнения операций в языке UML используются так называемые диаграммы деятельности. Применяемая в них графическая нотация во многом похожа на нотацию диаграммы состояний, поскольку на диаграммах деятельности также присутствуют обозначения состояний и переходов. Отличие заключается в семантике состояний, которые используются для представления не деятельностей, а действий, и в отсутствии на переходах сигнатуры событий. Каждое состояние на диаграмме деятельности соответствует выполнению некоторой элементарной операции, а переход в следующее состояние срабатывает только при завершении этой, операции в предыдущем состоянии. Графически диаграмма деятельности представляется в форме графа деятельности, вершинами которого являются состояния действия, а дугами — переходы от одного состояния действия к другому. Таким образом, диаграммы деятельности можно считать частным случаем диаграмм состояний. Именно они позволяют реализовать в языке UML особенности процедурного и синхронного управления, обусловленного завершением внутренних деятельностей и действий. Метамодель UML предоставляет для этого необходимые термины и семантику. Основным направлением использования диаграмм деятельности является визуализация особенностей реализации операций классов, когда необходимо представить алгоритмы их выполнения. При этом каждое состояние может являться выполнением операции некоторого класса либо ее части, позволяя использовать диаграммы деятельности для описания реакций на внутренние события системы. В контексте языка UML деятельность (activity) представляет собой некоторую совокупность отдельных вычислений, выполняемых автоматом. При этом отдельные элементарные вычисления могут приводить к некоторому результату или действию (action). 289 На диаграмме деятельности отображается логика или последовательность перехода от одной деятельности к другой, при этом внимание фиксируется на результате деятельности. Сам же результат может привести к изменению состояния системы или возвращению некоторого значения. Примечание Хотя диаграмма деятельности предназначена для моделирования поведения систем, время в явном виде отсутствует на этой диаграмме. Ситуация здесь во многом аналогична диаграмме состояний. Состояние действия Состояние действия (action state) является специальным случаем состояния с некоторым входным действием и по крайней мере одним выходящим из состояния переходом. Этот переход неявно предполагает, что входное действие уже завершилось. Состояние действия не может иметь внутренних переходов, поскольку оно является элементарным. Обычное использование состояния действия заключается в моделировании одного шага выполнения алгоритма (процедуры) или потока управления. Графически состояние действия изображается фигурой, напоминающей прямоугольник, боковые стороны которого заменены выпуклыми дугами (рис. 17.1). Внутри этой фигуры записывается выражение действия (action-expression), которое должно быть уникальным в пределах одной диаграммы деятельности. Рис. 17.1. Графическое изображение состояния действия Действие может быть записано на естественном языке, некотором псевдокоде или языке программирования. Никаких дополнительных или неявных ограничений при записи действий не накладывается. Рекомендуется в качестве имени простого действия использовать глагол с пояснительными словами (рис. 17.1, а). Если же действие может быть представлено в некотором формальном виде, то целесообразно записать его на том языке программирования, на котором предполагается реализовывать конкретный проект (рис. 17.1, б). Иногда возникает необходимость представить на диаграмме деятельности некоторое сложное действие, которое, в свою очередь, состоит из нескольких более простых действий. В этом случае можно использовать специальное обозначение так называемого состояния под-деятельности (subactivity state). Такое состояние является графом деятельности и обозначается специальной пиктограммой в правом нижнем углу символа состояния действия (рис. 17.2). Эта конструкция может применяться к любому элементу языка UML, который поддерживает "вложенность" своей структуры. При этом пиктограмма может быть дополнительно помечена типом вложенной структуры. 290 Рис. 17.2. Графическое изображение состояния под-деятельности Каждая диаграмма деятельности должна иметь единственное начальное и единственное конечное состояния. Они имеют такие же обозначения, как и на диаграмме состояний (см. рис. 16.4). При этом каждая деятельность начинается в начальном состоянии и заканчивается в конечном состоянии. Саму диаграмму деятельности принято располагать таким образом, чтобы действия следовали сверху вниз. В этом случае начальное состояние будет изображаться в верхней части диаграммы, а конечное — в ее нижней части. Переходы Переход как элемент языка UML был рассмотрен ранее. При построении диаграммы деятельности используются только нетриггерные переходы, т. е. такие, которые срабатывают сразу после завершения деятельности или выполнения соответствующего действия. Этот переход переводит деятельность в последующее состояние сразу, как только закончится действие в предыдущем состоянии. На диаграмме такой переход изображается сплошной линией со стрелкой. Если из состояния действия выходит единственный переход, то он может быть никак не помечен. Если же таких переходов несколько, то сработать может только один из них. Именно в этом случае для каждого из таких переходов должно быть явно записано сторожевое условие в прямых скобках (см. выше). При этом для всех выходящих из некоторого состояния переходов должно выполняться требование истинности только одного из них. Подобный случай встречается тогда, когда последовательно выполняемая деятельность должна разделиться на альтернативные ветви в зависимости от значения некоторого промежуточного результата. Такая ситуация получила название ветвления, а для ее обозначения применяется специальный символ. Графически ветвление на диаграмме деятельности обозначается небольшим ромбом, внутри которого нет никакого текста (рис. 17.3). В этот ромб может входить только одна стрелка от того состояния действия, после выполнения которого поток управления должен быть продолжен по одной из взаимно исключающих ветвей. Принято входящую стрелку присоединять к верхней или левой вершине символа ветвления. Выходящих стрелок может быть две или более, но для каждой из них явно указывается соответствующее сторожевое условие в форме булевского выражения. В качестве примера рассмотрим фрагмент известного алгоритма нахождения корней квадратного уравнения. В общем случае после приведения уравнения второй степени к каноническому виду: а*х*х + Ь*х + с = 0 необходимо вычислить его дискриминант. Причем, в случае отрицательного дискриминанта уравнение не имеет решения на множестве действительных чисел, и дальнейшие вычисления должны быть прекращены. При неотрицательном дискриминанте уравнение имеет решение, корни которого могут быть получены на основе конкретной расчетной формулы. Графически фрагмент процедуры вычисления корней квадратного уравнения может быть представлен в виде диаграммы деятельности с тремя состояниями действия и ветвлением (рис.1 7.3). Каждый из переходов, выходящих из состояния "Вычислить дис- 291 криминант", имеет сторожевое условие, определяющее единственную ветвь, по которой может быть продолжен процесс вычисления корней в зависимости от знака дискриминанта. Очевидно, что в случае его отрицательности, мы сразу попадаем в конечное состояние, тем самым завершая выполнение алгоритма в целом. Примечание Строго говоря, первое из состояний рассматриваемого алгоритма следует считать состоянием под-деятельности, поскольку приведение квадратного уравнения к каноническому виду может потребовать нескольких элементарных действий (приведение подобных и перенос отдельных членов уравнения из правой его части в левую). Поэтому для данного состояния целесообразно добавить соответствующую пиктограмму (как на рис. 7.2). Рис. 17.3. Фрагмент диаграммы деятельности для алгоритма нахождения корней квадратного уравнения В рассмотренном примере, как видно из рис. 17.3, выполняемые действия соединяются в конечном состоянии. Однако это вовсе не является обязательным. Можно изобразить еще один символ ветвления, который будет иметь несколько входящих переходов и один выходящий. В следующем примере (рис. 17.4) рассчитывается общая стоимость товаров, покупаемых по кредитной карточке в супермаркете. Если эта стоимость превышает $50, то выполняется аутентификация личности владельца карточки. В случае положительной проверки (карточка действительная) или если стоимость товаров не превышает $50, происходит снятие суммы со счета и оплата стоимости товаров. При отрицательном результате (карточка недействительная) оплаты не происходит, и товар остается у продавца. Примечание Как видно из этого же рисунка, допускается использовать вместо сторожевого условия слово "иначе", указывающее на тот переход, который должен сработать в случае невыполнения сторожевого условия ветвления. 292 Рис. 17.4. Различные варианты ветвлений на диаграмме деятельности Один из наиболее значимых недостатков обычных блок-схем или структурных схем алгоритмов связан с проблемой изображения параллельных ветвей отдельных вычислений. Поскольку распараллеливание вычислений существенно повышает общее быстродействие программных систем, необходимы графические примитивы для представления параллельных процессов. В языке UML для этой цели используется специальный символ для разделения и слияния параллельных вычислений или потоков управления. Таким символом является прямая черточка, аналогично обозначению перехода в формализме сетей Петри. Как правило, такая черточка изображается отрезком горизонтальной линии, толщина которой несколько шире основных сплошных линий диаграммы деятельности. При этом разделение (concurrent fork) имеет один входящий переход и несколько выходящих (рис. 17.5, а). Слияние (concurrent join), наоборот, имеет несколько входящих переходов и один выходящий (рис. 17.5, б). Для иллюстрации особенностей параллельных процессов выполнения действий рассмотрим ставший уже классическим пример с приготовлением напитка. Достоинство этого примера состоит в том, что он практически не требует никаких дополнительных пояснений в силу своей очевидности (рис. 17.6). 293 Рис. 17.5. Графическое изображение разделения и слияния параллельных потоков управления Рис. 17.6. Диаграмма деятельности для примера с приготовлением напитка Примечание 294 Наличие параллельности проявляется в том, что мы можем заняться поисками чашки во время приготовления кофе. Впрочем, поскольку выбор конкретных напитков остается за читателем, разработка соответствующей диаграммы деятельности может быть предложена в качестве упражнения. Таким образом, диаграмма деятельности есть не что иное, как специальный случай диаграммы состояний, в которой все или большинство состояний являются действиями или состояниями под-деятельности. А все или большинство переходов являются нетригтерными переходами, которые срабатывают по завершении действий или поддеятельностей в состояниях-источниках. Дорожки Диаграммы деятельности могут быть использованы не только для спецификации алгоритмов вычислений или потоков управления в программных системах. Не менее важная область их применения связана с моделированием бизнес-процессов. Действительно, деятельность любой компании (фирмы) также представляет собой не что иное, как совокупность отдельных действий, направленных на достижение требуемого результата. Однако применительно к бизнес-процессам желательно выполнение каждого действия ассоциировать с конкретным подразделением компании. В этом случае подразделение несет ответственность за реализацию отдельных действий, а сам бизнес-процесс представляется в виде переходов действий из одного подразделения к другому. Для моделирования этих особенностей в языке UML используется специальная конструкция, получившее название дорожки (swimlanes). Имеется в виду визуальная аналогия с плавательными дорожками в бассейне, если смотреть на соответствующую диаграмму. При этом все состояния действия на диаграмме деятельности делятся на отдельные группы, которые отделяются друг от друга вертикальными линиями. Две соседние линии и образуют дорожку, а группа состояний между этими линиями выполняется отдельным подразделением (отделом, группой, отделением, филиалом) компании (рис. 17.7). Названия подразделений явно указываются в верхней части дорожки. Пересекать линию дорожки могут только переходы, которые в этом случае обозначают выход или вход потока управления в соответствующее подразделение компании. Порядок следования дорожек не несет какой-либо семантической информации и определяется соображениями удобства. В качестве примера рассмотрим фрагмент диаграммы деятельности торговой компании, обслуживающей клиентов по телефону. Подразделениями компании являются отдел приема и оформления заказов, отдел продаж и склад. Этим подразделениям будут соответствовать три дорожки на диаграмме деятельности, каждая из которых специфицирует зону ответственности подразделения. В данном случае диаграмма деятельности заключает в себе не только информацию о последовательности выполнения рабочих действий, но и о том, какое из подразделений торговой компании должно выполнять то или иное действие (рис. 17.8). 295 Рис. 17.7. Вариант диаграммы деятельности с дорожками Рис. 17.8. Фрагмент диаграммы деятельности для торговой компании Из указанной диаграммы деятельности сразу видно, что после принятия заказа от клиента отделом приема и оформления заказов осуществляется распараллеливание деятельности на два потока (переход-разделение). Первый из них остается в этом же отделе и связан с получением оплаты от клиента за заказанный товар. Второй инициирует выполнение действия по подбору товара в отделе продаж (модель товара, размеры, цвет, год выпуска и пр.). По окончании этой работы инициируется действие по отпуску товара со склада. Однако подготовка товара к отправке в торговом отделе начинается только после того, как будет получена оплата за товар от клиента и товар будет отпущен со склада (переход-соединение). Только после этого товар отправляется клиенту, переходя в его собственность. Объекты В общем случае действия на диаграмме деятельности выполняются над теми или иными объектами. Эти объекты либо инициируют выполнение действий, либо определяют некоторый результат этих действий. При этом действия специфицируют вызовы, кото- 296 рые передаются от одного объекта графа деятельности к другому. Поскольку в таком ракурсе объекты играют определенную роль в понимании процесса деятельности, иногда возникает необходимость явно указать их на диаграмме деятельности. Для графического представления объектов, как уже упоминалось ранее, используются прямоугольник класса, с тем отличием, что имя объекта подчеркивается. Далее после имени может указываться характеристика состояния объекта в прямых скобках. Такие прямоугольники объектов присоединяются к состояниям действия отношением зависимости пунктирной линией со стрелкой. Соответствующая зависимость определяет состояние конкретного объекта после выполнения предшествующего действия. На диаграмме деятельности с дорожками расположение объекта может иметь некоторый дополнительный смысл. А именно, если объект расположен на границе двух дорожек, то это может означать, что переход к следующему состоянию действия в соседней дорожке ассоциирован с готовностью некоторого документа (объект в некотором состоянии). Если же объект целиком расположен внутри дорожки, то и состояние этого объекта целиком определяется действиями данной дорожки. Возвращаясь к предыдущему примеру с торговой компанией, можно заметить, что центральным объектом процесса продажи является заказ или вернее состояние его выполнения. Вначале до звонка от клиента заказ как объект отсутствует и возникает лишь после такого звонка. Однако этот заказ еще не заполнен до конца, поскольку требуется еще подобрать конкретный товар в отделе продаж. После его подготовки он передается на склад, где вместе с отпуском товара заказ окончательно дооформляется. Наконец, после получения подтверждения об оплате товара эта информация заносится в заказ, и он считается выполненным и закрытым. Данная информация может быть представлена графически в виде модифицированного варианта диаграммы деятельности этой же торговой компании (рис. 17.9). Примечание Более подробно правила именования объектов и их использования будут рассмотрены при построении диаграммы кооперации в главе 9. Что касается диаграмм деятельности, то применительно к ним объекты играют вспомогательную роль и поэтому здесь детально не рассматриваются. Следует также помнить, что на диаграмме деятельности один и тот же объект может быть изображен несколько раз, что не должно вносить неопределенность в спецификацию состояний действия. 297 Рис. 17.9. Фрагмент диаграммы деятельности торговой компании с объектом-заказом В заключение следует остановиться на необходимости синхронизации отдельных действий на диаграмме деятельности. Такая необходимость возникает всякий раз, когда параллельно выполняемые действия оказывают влияние на друг на друга. Если вспомнить предыдущий материал, то применительно к диаграмме состояний для этой цели применялось специальное псевдосостояние — синхронизирующее состояние. На диаграмме деятельности никаких дополнительных обозначений не используется, поскольку синхронизация параллельных процессов может быть реализована с помощью переходов "разделениеслияние". В качестве примера рассмотрим упрощенную ситуацию с моделированием процесса постройки дома. Напомним, что в этом примере постройка дома включает в себя строительные работы (возведение фундамента и стен, возведение крыши и отделочные работы) и работы по электрификации дома (подведение электрической линии, прокладка скрытой электропроводки и установка осветительных ламп). Синхронизация параллельного выполнения этого комплекса работ может быть явно указана на диаграмме деятельности (рис. 17.10). 298 Рис. 17.10. Диаграмма деятельности с синхронизацией параллельных действий В рассмотренном примере все состояния являются состояниями под-деятельности. Это означает, что каждое из них можно детализировать в виде отдельного графа деятельности с соответствующей диаграммой. Действительно, состояние под-деятельности "Подготовка участка" может включать в себя такие действия, как очистка участка от деревьев, вывоз этих деревьев за пределы участка, рытье котлована под фундамент, установка временных строений для складирования строительных материалов и другие работы. Впрочем, некоторые из состояний могут быть и простыми состояниями действия, в случае если соответствующая работа превращается в выполнение элементарного действия, неразложимого на отдельные операции или приемы. Раздел 17.2 Рекомендации по построению диаграмм деятельности Диаграммы деятельности играют важную роль в понимании процессов реализации алгоритмов выполнения операций классов и потоков управления в моделируемой системе. Используемые для этой цели традиционные блок-схемы алгоритмов обладают серьёзными ограничениями в представлении параллельных процессов и их синхронизации. Применение дорожек и объектов открывает дополнительные возможности для наглядного представления бизнес-процессов, позволяя специфицировать деятельность подразделений компаний и фирм. Содержание диаграммы деятельности во многом напоминает диаграмму состояний, хотя и не тождественно ей. Поэтому многие рекомендации по построению последней оказываются справедливыми применительно к диаграмме деятельности. В частности, эта 299 диаграмма строится для отдельного класса, варианта использования, отдельной операции класса или целой подсистемы. С одной стороны, на начальных этапах проектирования, когда детали реализации деятельностей в проектируемой системе неизвестны, построение диаграммы деятельности начинают с выделения под-деятельностей, которые в совокупности образуют деятельность подсистем. В последующем, по мере разработки диаграмм классов и состояний, эти под-деятельности уточняются в виде отдельных вложенных диаграмм деятельности компонентов подсистем, какими выступают классы и объекты. С другой стороны, отдельные участки рабочего процесса в существующей системе могут быть хорошо отлаженными, и у разработчиков может возникнуть желание сохранить этот механизм выполнения действий в проектируемой системе. Тогда строится диаграмма деятельности для этих участков, отражающая конкретные особенности выполнения действий с использованием дорожек и объектов. В последующем такая диаграмма вкладывается в более общие диаграммы деятельности для подсистемы и системы в целом, сохраняя свой уровень детализации. Таким образом, процесс объектно-ориентированного анализа и проектирования сложных систем представляется как последовательность итераций нисходящей и восходящей разработки отдельных диаграмм, включая и диаграмму деятельности. Доминирование того или иного из направлений разработки определяется особенностями конкретного проекта и его новизной. В случае типового проекта большинство деталей реализации действий могут быть известны заранее на основе анализа существующих систем или предшествующего опыта разработки систем-прототипов. Для этой ситуации доминирующим будет восходящий процесс разработки (Зачем изобретать велосипед заново?). Использование типовых решений может существенно сократить время разработки и избежать возможных ошибок при реализации проекта. При разработке проекта новой системы, процесс функционирования которой основан на новых технологических решениях, ситуация представляется более сложной. А именно, до начала работы над проектом могут быть неизвестны не только детали реализации отдельных деятельностей, но и само содержание этих деятельностей становится предметом разработки. В данном случае доминирующим будет нисходящий процесс разработки от более общих схем к уточняющим их диаграммам. При этом достижение такого уровня детализации всех диаграмм, который достаточен для понимания особенностей реализации всех действий и деятельностей, может служить признаком завершения отдельных этапов работы над проектом. В заключение следует заметить, что диаграмма деятельности, так же как и другие виды канонических диаграмм, не содержит средств выбора оптимальных решений. При разработке сложных проектов проблема выбора оптимальных решений становится весьма актуальной. Рациональное расходование средств, затраченных на разработку и эксплуатацию системы, повышение ее производительности и надежности зачастую определяют конечный результат всего проекта. В такой ситуации можно рекомендовать использование дополнительных средств и методов, ориентированных на аналитико-имитационное исследование моделей системы на этапе разработки ее проекта. В частности, при построении диаграмм деятельности сложных систем могут быть успешно использованы различные классы сетей Петри (классические, логикоалгебраические, стохастические, нечеткие и др.) и нейронных сетей. Применение этих формализмов позволяет не только получить оптимальную структуру поведения системы на ее модели, но и специфицировать целый ряд дополнительных характеристик системы, которые не могут быть представлены на диаграмме деятельности и других диаграммах UML. 300 Выводы по теме 17 Для моделирования процесса выполнения операций в языке UML используются так называемые диаграммы деятельности. Применяемая в них графическая нотация во многом похожа на нотацию диаграммы состояний, поскольку на диаграммах деятельности также присутствуют обозначения состояний и переходов. Теоретические вопросы по теме 17 Цель использования диаграмм деятельности? Что такое состояние действия? Что такое дорожки, объекты? Опишите процесс построения диаграммы состояний? 301 Лекция 18 Тема 18. Диаграмма компонентов Раздел 18.1. Диаграмма компонентов Все рассмотренные ранее диаграммы отражали концептуальные аспекты построения модели системы и относились к логическому уровню представления. Особенность логического представления заключается в том, что оно оперирует понятиями, которые не имеют самостоятельного материального воплощения. Другими словами, различные элементы логического представления, такие как классы, ассоциации, состояния, сообщения, не существуют материально или физически. Они лишь отражают наше понимание структуры физической системы или аспекты ее поведения. Основное назначение логического представления состоит в анализе структурных и функциональных отношений между элементами модели системы. Однако для создания конкретной физической системы необходимо некоторым образом реализовать все элементы логического представления в конкретные материальные сущности. Для описания таких реальных сущностей предназначен другой аспект модельного представления, а именно физическое представление модели. Чтобы пояснить отличие логического и физического представлений, рассмотрим в общих чертах процесс разработки некоторой программной системы. Ее исходным логическим представлением могут служить структурные схемы алгоритмов и процедур, описания интерфейсов и концептуальные схемы баз данных. Однако для реализации этой системы необходимо разработать исходный текст программы на некотором языке программирования (C++, Pascal, Basic/VBA, Java). При этом уже в тексте программы предполагается такая организация программного кода, которая предполагает его разбиение на отдельные модули. Тем не менее, исходные тексты программы еще не являются окончательной реализацией проекта, хотя и служат фрагментом его физического представления. Очевидно, программная система может считаться реализованной в том случае, когда она будет способна выполнять функции своего целевого предназначения. А это возможно, только если программный код системы будет реализован в форме исполняемых модулей, библиотек классов и процедур, стандартных графических интерфейсов, файлах баз данных. Именно эти компоненты являются необходимыми элементами физического представления системы. Таким образом, полный проект программной системы представляет собой совокупность моделей логического и физического представлений, которые должны быть согласованы между собой. В языке UML для физического представления моделей систем используются так называемые диаграммы реализации (implementation diagrams), которые включают в себя две отдельные канонические диаграммы: диаграмму компонентов и диаграмму развертывания. Особенности построения первой из них рассматриваются в этой лекции, а второй — в следующей. Диаграмма компонентов, в отличие от ранее рассмотренных диаграмм, описывает особенности физического представления системы. Диаграмма компонентов позволяет определить архитектуру разрабатываемой системы, установив зависимости между программными компонентами, в роли которых может выступать исходный, бинарный и исполняемый код. Во многих средах разработки модуль или компонент соответствует файлу. Пунктирные стрелки, соединяющие модули, показывают отношения взаимозависимости, аналогичные тем, которые имеют место при компиляции исходных текстов программ. Основными графическими элементами диаграммы компонентов являются компоненты, интерфейсы и зависимости между ними. Диаграмма компонентов разрабатывается для следующих целей: 302 Визуализации общей структуры исходного кода программной системы. Спецификации исполнимого варианта программной системы. Обеспечения многократного использования отдельных фрагментов программного кода. Представления концептуальной и физической схем баз данных. В разработке диаграмм компонентов участвуют как системные аналитики и архитекторы, так и программисты. Диаграмма компонентов обеспечивает согласованный переход от логического представления к конкретной реализации проекта в форме программного кода. Одни компоненты могут существовать только на этапе компиляции программного кода, другие — на этапе его исполнения. Диаграмма компонентов отражает общие зависимости между компонентами, рассматривая последние в качестве классификаторов. Примечание Применительно к бизнес-системам программные компоненты следует понимать в более широком смысле, чтобы иметь возможность моделирования бизнес-процессов. В этом случае в качестве компонентов рассматриваются отдельные организационные подразделения (отделы, службы) или документы, которые реально существуют в системе. Компоненты Для представления физических сущностей в языке UML применяется специальный термин — компонент (component). Компонент реализует некоторый набор интерфейсов и служит для общего обозначения элементов физического представления модели. Для графического представления компонента может использоваться специальный символ — прямоугольник со вставленными слева двумя более мелкими прямоугольниками (рис. 18.1). Внутри объемлющего прямоугольника записывается имя компонента и, возможно, некоторая дополнительная информация. Изображение этого символа может незначительно варьироваться в зависимости от характера ассоциируемой с компонентом информации. В метамодели языка UML компонент является потомком классификатора. Он предоставляет организацию в рамках физического пакета ассоциированным с ним элементам модели. Как классификатор, компонент может иметь также свои собственные свойства, такие как атрибуты и операции. Рис. 18.1. Графическое изображение компонента в языке UML Так, в первом случае (рис. 18.1, а) с компонентом уровня экземпляра связывается только его имя, а во втором (рис. 18.1, б) — дополнительно имя пакета и помеченное значение. Примечание Изображение компонента ведет свое происхождение от обозначения модуля программы, применявшегося некоторое время для отображения особенностей инкапсуляции данных и 303 процедур. Так, верхний маленький прямоугольник концептуально ассоциируется с данными, которые реализует этот компонент (ранее он изображался в форме овала). Нижний маленький прямоугольник ассоциируется с операциями или методами, реализуемыми компонентом. В простых случаях имена данных и методов записывались явно в этих маленьких прямоугольниках, однако в языке UML они не указываются. Имя компонента Имя компонента подчиняется общим правилам именования элементов модели в языке UML и может состоять из любого числа букв, цифр и некоторых знаков препинания. Отдельный компонент может быть представлен на уровне типа или на уровне экземпляра. Хотя его графическое изображение в обоих случаях одинаковое, правила записи имени компонента несколько отличаются. Если компонент представляется на уровне типа, то в качестве его имени записывается только имя типа с заглавной буквы. Если же компонент представляется на уровне экземпляра, то в качестве его имени записывается <имя компонента ':' имя типа. При этом вся строка имени подчеркивается. Примечание Хотя правила именования объектов в языке UML требуют подчеркивания имени отдельных экземпляров, применительно к компонентам в литературе подчеркивание их имени часто опускают. В этом случае запись имени компонента со строчной буквы будет характеризовать компонент уровня экземпляра. В качестве простых имен принято использовать имена исполняемых файлов (с указанием расширения ехе после точки-разделителя), имена динамических библиотек (расширение dll), имена Web-страниц (расширение html), имена текстовых файлов (расширения txt или doc) или файлов справки (hip), имена файлов баз данных (DB) или имена файлов с исходными текстами программ (расширения h, cpp для языка C++, расширение Java для языка Java), скрипты (pi, asp) и др. Поскольку конкретная реализация логического представления модели системы зависит от используемого программного инструментария, то и имена компонентов будут определяться особенностями синтаксиса соответствующего языка программирования. В отдельных случаях к простому имени компонента может быть добавлена информация об имени объемлющего пакета и о конкретной версии реализации данного компонента (рис. 18.1, б). Необходимо заметить, что в этом случае номер версии записывается как помеченное значение в фигурных скобках. В других случаях символ компонента может быть разделен на секции, чтобы явно указать имена реализованных в нем интерфейсов. Такое обозначение компонента называется расширенным и рассматривается ниже. Виды компонентов Поскольку компонент как элемент физической реализации модели представляет отдельный модуль кода, иногда его комментируют с указанием дополнительных графических символов, иллюстрирующих конкретные особенности его реализации. Строго.говоря, эти дополнительные обозначения для примечаний не специфицированы в языке UML. Однако их применение упрощает понимание диаграммы компонентов, существенно повышая наглядность физического представления. Некоторые из таких общепринятых обозначений для компонентов изображены ниже (рис. 18.2). В языке UML выделяют три вида компонентов. Во-первых, компоненты развертывания, которые обеспечивают непосредственное выполнение системой своих функций. Такими компонентами могут быть динами- 304 чески подключаемые библиотеки с расширением dll (рис. 18.2, а), Web-страницы на языке разметки гипертекста с расширением html (рис. 18.2, б) и файлы справки с расширением hlр (рис. 18.2, в). Во-вторых, компоненты-рабочие продукты. Как правило — это файлы с исходными текстами программ, например, с расширениями h или срр для языка C++ (рис. 18.2, г). В-третьих, компоненты исполнения, представляющие исполнимые модули — файлы с расширением ехе. Они обозначаются обычным образом. Рис. 18.2. Варианты графического изображения компонентов на диаграмме компонентов Эти элементы иногда называют артефактами, подчеркивая при этом их законченное информационное содержание, зависящее от конкретной технологии реализации соответствующих компонентов. Более того, разработчики могут для этой цели использовать самостоятельные обозначения, поскольку в языке UML нет строгой нотации для графического представления примечаний. Другой способ спецификации различных видов компонентов — явное указание стереотипа компонента перед его именем. В языке UML для компонентов определены следующие стереотипы: Библиотека (library) — определяет первую разновидность компонента, который представляется в форме динамической или статической библиотеки. Таблица (table) — также определяет первую разновидность компонента, который представляется в форме таблицы базы данных. Файл (file) — определяет вторую разновидность компонента, который представляется в виде файлов с исходными текстами программ. Документ (document) — определяет вторую разновидность компонента, . который представляется в форме документа. Исполнимый (executable) — определяет третий вид компонента, который может исполняться в узле. Интерфейсы Следующим элементом диаграммы компонентов являются интерфейсы. Последние уже неоднократно рассматривались ранее, поэтому здесь будут отмечены те их, особенности, которые характерны для представления на диаграммах компонентов. Напомним, что в общем случае интерфейс графически изображается окружностью, которая соединяется с компонентом отрезком линии без стрелок (рис. 18.3, а). При этом имя интерфейса, которое обязательно должно начинаться с заглавной буквы "I", записывается рядом с окружностью. Семантически линия означает реализацию интерфейса, а наличие интерфейсов у компонента означает, что данный компонент реализует соответствующий набор интерфейсов. 305 Рис. 18.3. Графическое изображение интерфейсов на диаграмме компонентов Другим способом представления интерфейса на диаграмме компонентов является его изображение в виде прямоугольника класса со стереотипом "интерфейс" и возможными секциями атрибутов и операций (рис. 18.3, б). Как правило, этот вариант обозначения используется для представления внутренней структуры интерфейса, которая может быть важна для реализации. При разработке программных систем интерфейсы обеспечивают не только совместимость различных версий, но и возможность вносить существенные изменения в одни части программы, не изменяя другие ее части. Таким образом, назначение интерфейсов существенно шире, чем спецификация взаимодействия с пользователями системы (актерами). Примечание Характер использования интерфейсов отдельными компонентами может отличаться. Поэтому различают два способа связи интерфейса и компонента. Если компонент реализует некоторый интерфейс, то такой интерфейс называют экспортируемым, поскольку этот компонент предоставляет его в качестве сервиса другим компонентам. Если же компонент использует некоторый интерфейс, который реализуется другим компонентом, то такой интерфейс для первого компонента называется импортируемым. Особенность импортируемого интерфейса состоит в том, что на диаграмме компонентов это отношение изображается с помощью зависимости. Зависимости В общем случае отношение зависимости также было рассмотрено ранее. Напомним, что зависимость не является ассоциацией, а служит для представления только факта наличия такой связи, когда изменение одного элемента модели оказывает влияние или приводит к изменению другого элемента модели. Отношение зависимости на диаграмме компонентов изображается пунктирной линией со стрелкой, направленной от клиента (зависимого элемента) к источнику (независимому элементу). Зависимости могут отражать связи модулей программы на этапе компиляции и генерации объектного кода. В другом случае зависимость может отражать наличие в независимом компоненте описаний классов, которые используются в зависимом компоненте для создания соответствующих объектов. Применительно к диаграмме компонентов зави- 306 симости могут связывать компоненты и импортируемые этим компонентом интерфейсы, а также различные виды компонентов между собой. В первом случае рисуют стрелку от компонента-клиента к импортируемому интерфейсу (рис. 18.4). Наличие такой стрелки означает, что компонент не реализует соответствующий интерфейс, а использует его в процессе своего выполнения. Причем на этой же диаграмме может присутствовать и другой компонент, который реализует этот интерфейс. Так, например, изображенный ниже фрагмент диаграммы компонентов представляет информацию о том, что компонент с именем "main.exe" зависит от импортируемого интерфейса I Dialog, который, в свою очередь, реализуется компонентом с именем "image.java". Для второго компонента этот же интерфейс является экспортируемым. Рис. 18.4. Фрагмент диаграммы компонентов с отношением зависимости Заметим, что изобразить второй компонент с именем "image.java" в форме варианта примечания нельзя именно в силу того факта, что этот компонент реализует интерфейс. Другим случаем отношения зависимости на диаграмме компонентов является отношение между различными видами компонентов (рис. 18.5). Наличие подобной зависимости означает, что внесение изменений в исходные тексты программ или динамические библиотеки приводит к изменениям самого компонента. При этом характер изменений может быть отмечен дополнительно. Рис. 18.5. Графическое изображение отношения зависимости между компонентами Наконец, на диаграмме компонентов могут быть представлены отношения зависимости между компонентами и реализованными в них классами. Эта информация имеет важное значение для обеспечения согласования логического и физического представлений 307 модели системы. Разумеется, изменения в структуре описаний классов могут привести к изменению компонента. Ниже приводится фрагмент зависимости подобного рода, когда некоторый компонент зависит от соответствующих классов. Рис. 18.6. Графическое изображение зависимости между компонентом и классами Следует заметить, что в данном случае из диаграммы компонентов не следует, что классы реализованы этим компонентом. Если требуется подчеркнуть, что некоторый компонент реализует отдельные классы, то для обозначения компонента используется расширенный символ прямоугольника. При этом прямоугольник компонента делится на две секции горизонтальной линией. Верхняя секция служит для записи имени компонента, а нижняя секция — для указания дополнительной информации (рис. 18.7). Рис. 18.7. Графическое изображение компонента с дополнительной информацией о реализуемых им классах Внутри символа компонента могут изображаться другие элементы графической нотации, такие как классы (компонент уровня типа) или объекты (компонент уровня экземпляра). В этом случае символ компонента изображается таким образом, чтобы вместить эти дополнительные символы. Так, например, изображенный ниже компонент (рис. 18.8) является экземпляром и реализует три отдельных объекта. 308 Рис. 18.8. Графическое изображение компонента уровня экземпляра, реализующего отдельные объекты Объекты, которые находятся в отдельном компоненте-экземпляре, изображаются вложенными в символ данного компонента. Подобная вложенность означает, что выполнение компонента влечет выполнение соответствующих объектов. Другими словами, существование компонента в течение времени исполнения программы обеспечивает существование, а возможно, и доступ всех вложенных в него объектов. Что касается доступа к этим объектам, то он может быть дополнительно специфицирован с помощью квантификаторов видимости, подобно видимости пакетов. Содержательный смысл видимости может отличаться для различных видов пакетов. Так, для компонентов с исходным текстом программы видимость может означать возможность внесения изменений в соответствующие тексты программ с их последующей перекомпиляцией. Для компонентов с исполняемым кодом программы видимость может характеризовать возможность запуска на исполнение соответствующего компонента или вызова реализованных в нем операций или методов. Раздел 18.2 Рекомендации по построению диаграммы компонентов Разработка диаграммы компонентов предполагает использование информации как о логическом представлении модели системы, так и об особенностях ее физической реализации. До начала разработки необходимо принять решения о выборе вычислительных платформ и операционных систем, на которых предполагается реализовывать систему, а также о выборе конкретных баз данных и языков программирования. После этого можно приступать к общей структуризации диаграммы компонентов. В первую очередь, необходимо решить, из каких физических частей (файлов) будет состоять программная система. На этом этапе следует обратить внимание на такую реализацию системы, которая обеспечивала бы не только возможность повторного использования кода за счет рациональной декомпозиции компонентов, но и создание объектов только при их необходимости. Речь идет о том, что общая производительность программной системы существенно зависит от рационального использования ею вычислительных ресурсов. Для этой цели необходимо большую часть описаний классов, их операций и методов вынести в динамические библиотеки, оставив в исполняемых компонентах только самые необходимые для инициализации программы фрагменты программного кода. После общей структуризации физического представления системы необходимо дополнить модель интерфейсами и схемами базы данных. При разработке интерфейсов следует обращать внимание на согласование (стыковку) различных частей программной системы. Включение в модель схемы базы данных предполагает спецификацию отдельных таблиц и установление информационных связей между таблицами. Наконец, завершающий этап построения диаграммы компонентов связан с установлением и нанесением на диаграмму взаимосвязей между компонентами, а также отношений реализации. Эти отношения должны иллюстрировать все важнейшие аспекты физической реализации системы, начиная с особенностей компиляции исходных текстов программ и заканчивая исполнением отдельных частей программы на этапе ее выполнения. Для этой цели можно использовать различные виды графического изображения компонентов. При разработке диаграммы компонентов следует придерживаться общих принципов создания моделей на языке UML. В частности, в первую очередь необходимо использовать уже имеющиеся в языке UML компоненты и стереотипы. Для большинства типовых проектов этого набора элементов может оказаться достаточно для представления компонентов и зависимостей между ними. 309 Если же проект содержит некоторые физические элементы, описание которых отсутствует в языке UML, то следует воспользоваться механизмом расширения. В частности, использовать дополнительные стереотипы для отдельных нетиповых компонентов или помеченные значения для уточнения их отдельных характеристик. В заключение следует обратить внимание, что диаграмма компонентов, как правило, разрабатывается совместно с диаграммой развертывания, на которой представляется информация о физическом размещении компонентов программной системы по ее отдельным узлам. Особенности построения диаграммы развертывания будут рассмотрены в следующей лекции. Выводы по теме 18 Диаграмма компонентов, в отличие от ранее рассмотренных диаграмм, описывает особенности физического представления системы. Диаграмма компонентов позволяет определить архитектуру разрабатываемой системы, установив зависимости между программными компонентами, в роли которых может выступать исходный, бинарный и исполняемый код. Теоретические вопросы по теме 18 Цель использования диаграмм компонентов? Что такое компонент? Что такое зависимости? Опишите процесс построения диаграммы компонентов? 310 Лекция 19 Тема 19. Диаграмма развёртывания Раздел 19.1. Диаграмма развёртывания Физическое представление программной системы не может быть полным, если отсутствует информация о том, на какой платформе и на каких вычислительных средствах она реализована. Конечно, если разрабатывается простая программа, которая может выполняться локально на компьютере пользователя, не задействуя никаких периферийных устройств и ресурсов, то в этом случае нет необходимости в разработке дополнительных диаграмм. Однако при разработке корпоративных приложений ситуация представляется совсем по-другому. Во-первых, сложные программные системы могут реализовываться в сетевом варианте на различных вычислительных платформах и технологиях доступа к распределенным базам данных. Наличие локальной корпоративной сети требует решения целого комплекса дополнительных задач по рациональному размещению компонентов по узлам этой сети, что определяет общую производительность программной системы. Во-вторых, интеграция программной системы с Интернетом определяет необходимость решения дополнительных вопросов при проектировании системы, таких как обеспечение безопасности, криптозащищенности и устойчивости доступа к информации для корпоративных клиентов. Эти аспекты в немалой степени зависят от реализации проекта в форме физически существующих узлов системы, таких как серверы, рабочие станции, брандмауэры, каналы связи и хранилища данных. Наконец, технологии доступа и манипулирования данными в рамках общей схемы "клиент-сервер" также требуют размещения больших баз данных в различных сегментах корпоративной сети, их резервного копирования, архивирования, кэширования для обеспечения необходимой производительности системы в целом. Эти аспекты также требуют визуального представления с целью спецификации программных и технологических особенностей реализации распределенных архитектур. Как было отмечено ранее, первой из диаграмм физического представления является диаграмма компонентов. Второй формой физического представления программной системы является диаграмма развертывания (синоним — диаграмма размещения). Она применяется для представления общей конфигурации и топологии распределенной программной системы и содержит распределение компонентов по отдельным узлам системы. Кроме того, диаграмма развертывания показывает наличие физических соединений — маршрутов передачи информации между аппаратными устройствами, задействованными в реализации системы. Диаграмма развертывания предназначена для визуализации элементов и компонентов программы, существующих лишь на этапе ее исполнения (runtime). При этом представляются только компоненты-экземпляры программы, являющиеся исполнимыми файлами или динамическими библиотеками. Те компоненты, которые не используются на этапе исполнения, на диаграмме развертывания не показываются. Так, компоненты с исходными текстами программ могут присутствовать только на диаграмме компонентов. На диаграмме развертывания они не указываются. Диаграмма развертывания содержит графические изображения процессоров, устройств, процессов и связей между ними. В отличие от диаграмм логического представления, диаграмма развертывания является единой для системы в целом, поскольку должна всецело отражать особенности ее реализации. Эта диаграмма, по сути, завершает процесс ООАП для конкретной программной системы и ее разработка, как правило, является последним этапом спецификации модели. Итак, перечислим цели, преследуемые при разработке диаграммы развертывания: 311 Определить распределение компонентов системы по ее физическим узлам. Показать физические связи между всеми узлами реализации системы на этапе ее исполнения. Выявить узкие места системы и реконфигурировать ее топологию для достижения требуемой производительности. Для обеспечения этих требований диаграмма развертывания разрабатывается совместно системными аналитиками, сетевыми инженерами и системотехниками. Далее рассмотрим отдельные элементы, из которых состоят диаграммы развертывания. Узел Узел (node) представляет собой некоторый физически существующий элемент системы, обладающий некоторым вычислительным ресурсом. В качестве вычислительного ресурса узла может рассматриваться наличие по меньшей мере некоторого объема электронной или магнитооптической памяти и/или процессора. В последней версии языка UML понятие узла расширено и может включать в себя не только вычислительные устройства (процессоры), но и другие механические или электронные устройства, такие как датчики, принтеры, модемы, цифровые камеры, сканеры и манипуляторы. Примечание Возможность включения людей (персонала) в понятие узла позволяет создавать средствами языка UML модели самых различных систем, включая бизнес-процессы и технические комплексы. Действительно, реализация бизнес-логики предприятия требует рассматривать в качестве узлов системы организационные подразделения, состоящие из персонала. Автоматизация управления техническими комплексами также требует рассмотрения в качестве самостоятельного элемента человека-оператора, способного принимать решения в нештатных ситуациях и нести ответственность за возможные последствия этих решений. Графически на диаграмме развертывания узел изображается в форме трехмерного куба (строго говоря, псевдотрехмерного прямоугольного параллелепипеда). Узел имеет собственное имя, которое указывается внутри этого графического символа. Сами узлы могут представляться как в качестве типов (рис. 19.1, а), так и в качестве экземпляров (рис. 11.9, б). Рис. 19.1. Графическое изображение узла на диаграмме развертывания В первом случае имя узла записывается без подчеркивания и начинается с заглавной буквы. Во втором имя узла-экземпляра записывается в виде <имя узла ':' имя типа узла>. Имя типа узла указывает на некоторую разновидность узлов, присутствующих в модели системы. 312 Например, аппаратная часть системы может состоять из нескольких персональных компьютеров, каждый из которых соответствует отдельному узлу-экземпляру в модели. Однако все эти узлы-экземпляры относятся к одному типу узлов, а именно узлу с именем типа "Персональный компьютер". Так, на представленном выше рисунке (рис. 19.1, а) узел с именем "Сервер" относится к общему типу и никак не конкретизируется. Второй же узел (рис. 19.1, б) является анонимным узлом-экземпляром конкретной модели принтера. Так же, как и на диаграмме компонентов, изображения узлов могут расширяться, чтобы включить некоторую дополнительную информацию о спецификации узла. Если дополнительная информация относится к имени узла, то она записывается под этим именем в форме помеченного значения (рис. 19.2). Рис. 19.2. Графическое изображение узла-экземпляра с дополнительной информацией в форме помеченного значения Если необходимо явно указать компоненты, которые размещаются на отдельном узле, то это можно сделать двумя способами. Первый из них позволяет разделить графический символ узла на две секции горизонтальной линией. В верхней секции записывают имя узла, а в нижней секции — размещенные на этом узле компоненты (рис. 19.3, а). Второй способ разрешает показывать на диаграмме развертывания узлы с вложенными изображениями компонентов (рис. 19.3, б). Важно помнить, что в качестве таких вложенных компонентов могут выступать только исполняемые компоненты. Рис. 19.3. Варианты графического изображения узлов-экземпляров с размещаемыми на них компонентами В качестве дополнения к имени узла могут использоваться различные стереотипы, которые явно специфицируют назначение этого узла. Хотя в языке UML стереотипы для узлов не определены, в литературе встречаются следующие их варианты: "процессор", "датчик", "модем", "сеть", "консоль" и др., которые самостоятельно могут быть определены разработчиком. Более того, на диаграммах развертывания допускаются специальные обозначения для различных физических устройств, графическое изображение которых проясняет назначение или выполняемые устройством функции. 313 Примечание Говоря о дополнительных графических изображениях для узлов диаграммы развертывания, прежде всего имеют в виду наглядность их представления. Например, процессор можно изобразить как в виде общего узла (рис. 11.1), так и в форме изображения внешнего вида компьютера. Соответственно, консоль может быть изображена в виде клавиатуры. В любом из этих случаев разработчик должен обладать, в дополнение к основным, еще и художественными способностями. Соединения Кроме собственно изображений узлов на диаграмме развертывания указываются отношения между ними. В качестве отношений выступают физические соединения между узлами и зависимости между узлами и компонентами, изображения которых тоже могут присутствовать на диаграммах развертывания. Соединения являются разновидностью ассоциации и изображаются отрезками линий без стрелок. Наличие такой линии указывает на необходимость организации физического канала для обмена информацией между соответствующими узлами. Характер соединения может быть дополнительно специфицирован примечанием, помеченным значением или ограничением. Так, на представленном ниже фрагменте диаграммы развертывания (рис. 19.4) явно определены не только требования к скорости передачи данных в локальной сети с помощью помеченного значения, но и рекомендации по технологии физической реализации соединений в форме примечания. Рис. 19.4. Фрагмент диаграммы развертывания с соединениями между узлами Кроме соединений на диаграмме развертывания могут присутствовать отношения зависимости между узлом и развернутыми на нем компонентами. Подобный способ является альтернативой вложенному изображению компонентов внутри символа узла, что не всегда удобно, поскольку делает этот символ излишне объемным. Поэтому при большом количестве развернутых на,узле компонентов соответствующую информацию можно представить в форме отношения зависимости (рис. 19.5). Диаграммы развертывания могут иметь более сложную структуру, включающую вложенные компоненты, интерфейсы и другие аппаратные устройства. На изображенной ниже диаграмме развертывания (рис. 19.6) представлен фрагмент физического представления системы удаленного обслуживания клиентов банка. Узлами этой системы являются удаленный терминал (узел-тип) и сервер банка (узел-экземпляр). 314 Рис. 19.5. Диаграмма развертывания с отношением зависимости между узлом и развернутыми на нем компонентами Рис. 19.6. Диаграмма развертывания для системы удаленного обслуживания клиентов банка На этой диаграмме развертывания указана зависимость компонента реализации диалога "dialog.exe" на удаленном терминале от интерфейса lAuthorise, реализованного компонентом "main.exe", который, в свою очередь, развернут на анонимном узлеэкземпляре "Сервер банка". Последний зависит от компонента базы данных "Клиенты банка", который развернут на этом же узле. Примечание указывает на необходимость использования защищенной линии связи для обмена данными в данной системе. Другой вариант записи этой информации заключается в дополнении диаграммы узлом со стереотипом "закрытая сеть". Разработка так называемых встроенных систем предполагает не только создание программного кода, но и согласование между собой всех аппаратных средств и механических устройств. В качестве примера рассмотрим фрагмент модели управления удаленным механическим средством типа транспортной платформы. Такая платформа предназначена для перемещения в агрессивных средах, где присутствие человека невозможно в силу целого ряда физических причин. Транспортная платформа оснащается собственным микропроцессором, цифровой видеокамерой, датчиками температуры и местоположения, а также управляющими приводами для изменения направления и скорости перемещения платформы. Управляющая и телеметрическая информация от платформы по радиолинии передается в центр управления, оснащенный управляющим компьютером, манипуляторами управления и большим информационным табло. 315 На микропроцессоре платформы развернуты программные компоненты для реализации простейших управляющих воздействий на приводы, что позволяет дискретно изменять направление и скорость перемещения платформы. На компьютере центра управления развернуты программные компоненты анализа телеметрической информации, характеризующей состояние отдельных устройств' платформы, а также реализованы алгоритмы управления перемещением платформы в целом. Вариант физического представления этой транспортной системы показан на следующей диаграмме развертывания (рис. 19.7). Рис. 19.7. Диаграмма развертывания для модели системы управления транспортной платформой Данная диаграмма содержит самую общую информацию о развертывании рассматриваемой системы и в последующем может быть детализирована при разработке собственно программных компонентов управления. Как видно из рисунка, при разработке этой диаграммы развертывания использованы дополнительный стереотип "приемопередатчик", который отсутствует в описании языка UML, и специальные изображения для отдельных аппаратных и механических устройств. Раздел 19.2 Рекомендации по построению диаграммы развертывания Разработка диаграммы развертывания начинается с идентификации всех аппаратных, механических и других типов устройств, которые необходимы для выполнения системой всех своих функций. В первую очередь специфицируются вычислительные узлы системы, обладающие памятью и/или процессором. При этом используются имеющиеся в языке UML стереотипы, а в случае отсутствия последних, разработчики могут определить новые стереотипы. Отдельные требования к составу аппаратных средств могут быть заданы в форме ограничений, свойств и помеченных значений. Дальнейшее построение диаграммы развертывания связано с размещением всех исполняемых компонентов диаграммы по узлам системы. Если отдельные исполняемые компоненты оказались не размещенными, то подобная ситуация должна быть исключена введением в модель дополнительных узлов, содержащих процессор и память. При разработке простых программ, которые исполняются локально на одном компьютере, так же как и в случае диаграммы компонентов, необходимость в диаграмме раз- 316 вертывания может вообще отсутствовать. В более сложных ситуациях диаграмма развертывания строится для таких приложений, как: Моделирование программных систем, реализующих технологию доступа к данным "клиент-сервер". Для подобных систем характерно четкое разделение полномочий и, соответственно, компонентов между клиентскими рабочими станциями и сервером базы данных. Возможность реализации "тонких" клиентов на простых терминалах или организация доступа к хранилищам данных приводит к необходимости уточнения не только топологии системы, но и ее компонентного состава. Моделирование неоднородных распределенных архитектур. Речь идет о корпоративных интрасетях, насчитывающих сотни компьютеров и других периферийных устройств, функционирующих на различных платформах и под различными операционными системами. При этом отдельные узлы такой системы могут быть удалены друг от друга на сотни километров (филиалы компаний). В этом случае диаграмма развертывания становится важным инструментом визуализации общей топологии системы и контроля миграции отдельных компонентов между узлами. Наконец, уже упоминавшиеся ранее, системы со встроенными микропроцессорами, которые могут функционировать автономно. Такие системы могут содержать самые разнообразные дополнительные устройства, обеспечивающие автономность их функционирования и решения целевых задач. Для подобных систем диаграмма развертывания позволяет визуализировать состав этих устройств и их взаимосвязи в системе. Как правило, разработка диаграммы развертывания осуществляется на завершающем этапе ООАП, что характеризует окончание фазы проектирования физического представления. С другой стороны, диаграмма развертывания может строиться для анализа существующей системы с целью ее последующего анализа и модификации. При этом анализ предполагает разработку этой диаграммы на его начальных этапах, что характеризует общее направление анализа от физического представления к логическому. При моделировании бизнес-процессов диаграмма развертывания, кроме компьютеров корпоративной сети, может содержать в качестве узлов различные средства оргтехники (факсимильные устройства, многоканальные телефонные станции, множительные аппараты, экраны для презентаций и др.). При этом каждое из подобных устройств может функционировать как автономно, так и в составе корпоративной сети. Если необходимо включить в модель ресурсы Интернета, то на диаграмме развертывания Интернет обозначается в форме "облачка" с соответствующим именем. Строго говоря, подобное обозначение не специфицировано в языке UML, однако оно часто используется при разработке моделей распределенных систем. В заключение следует отметить одно немаловажное обстоятельство, характерное для разработки всех канонических диаграмм. Хотя в языке UML определена графическая нотация для всех элементов канонических диаграмм, способы графического изображения отдельных инструментальных средств имеют свои специфические особенности. Применение того или иного инструментального CASE-средства накладывает определенные ограничения на визуализацию моделей программных систем. Речь идет о том, что некоторые элементы языка UML могут вообще отсутствовать в CASE-средствах. Выход из подобной ситуации может быть связан либо с выбором другого инструментария, поддерживающего последние версии языка UML, либо упрощении модели на основе ее типизации. Выводы по теме 19 317 Диаграмма развертывания предназначена для визуализации элементов и компонентов программы, существующих лишь на этапе ее исполнения (runtime). При этом представляются только компоненты-экземпляры программы, являющиеся исполнимыми файлами или динамическими библиотеками. Теоретические вопросы по теме 19 Цель использования диаграмм развёртывания? Что такое узел? Что такое соединение? Опишите процесс построения диаграммы развёртывания? 318 Список литературы 1 Проектирование информационных систем: курс лекций : учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности в области информ. технологий / В. И. Грекул, Г. Н. Денищенко, Н. Л. Коровкина. – М. : Интернет-Ун-т Информ. технологий, 2005. – 304 с. : ил. – (Серия «Основы информационных технологий»). 2 Самоучитель UML. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: БХВ-Петербург, 2006. – 432 с.: ил. 319 Глоссарий Хранилище данных (Data Warehouse) - интегрированная информационная среда, включающая разнородные информационные ресурсы. CASE (Computer-Aided Software Engineering) — набор инструментов и методов программной инженерии для проектирования программного обеспечения, который помогает обеспечить высокое качество программ, отсутствие ошибок и простоту в обслуживании программных продуктов. Жизненный цикл ИС - ряд событий, происходящих с системой в процессе ее создания и использования. Custom Development Method, CDM - методика Oracle по разработке прикладных информационных систем - технологический материал, детализированный до уровня заготовок проектных документов, рассчитанных на использование в проектах с применением Oracle. Rational Unified Process (RUP) — методология разработки программного обеспечения, созданная компанией Rational Software. Использует итеративную модель разработки. В конце каждой итерации (в идеале продолжающейся от 2 до 6 недель) проектная команда должна достичь запланированных на данную итерацию целей, создать или доработать проектные артефакты и получить промежуточную, но функциональную версию конечного продукта. Итеративная разработка позволяет быстро реагировать на меняющиеся требования, обнаруживать и устранять риски на ранних стадиях проекта, а также эффективно контролировать качество создаваемого продукта. Microsoft Solutions Framework (MSF) — методология разработки программного обеспечения, предложенная корпорацией Microsoft. MSF опирается на практический опыт Microsoft и описывает управление людьми и рабочими процессами в процессе разработки решения. Экстремальное программирование (Extreme Programming, XP) — одна из гибких методологий разработки программного обеспечения. Авторы методологии — Кент Бек, Уорд Каннингем, Мартин Фаулер и другие. MuSCoW – одна из классификаций планируемых функций информационной системы. Расшифровывается так: Must have - необходимые функции; Should have - желательные функции; Could have - возможные функции; Won't have - отсутствующие функции. Функции первой категории обеспечивают критичные для успешной работы системы возможности. Реализация функций второй и третьей категорий ограничивается временными и финансовыми рамками: разрабатывается то, что необходимо, а также максимально возможное в порядке приоритета число функций второй и третьей категорий. Последняя категория функций особенно важна, поскольку необходимо четко представлять границы проекта и набор функций, которые будут отсутствовать в системе. Модель "как есть"("as-is") - отражает существующие в организации бизнес-процессы. Модель "как должно быть"("to-be") - отражает необходимые изменения бизнес-процессов с учетом внедрения ИС. Типовое проектное решение (ТПР) - это тиражируемое (пригодное к многократному использованию) проектное решение. Миссия – это деятельность, осуществляемая предприятием для того, чтобы выполнить функцию, для которой оно было учреждено, - предоставления заказчикам продукта или услуги. Механизм, с помощью которого предприятие реализует свои цели и задачи. Дерево целей компании - иерархические списки уточнения и детализации миссии. 320 Дерево стратегий - иерархические списки уточнения и детализации способов достижения целей. Бизнес-потенциал компании - набор видов коммерческой деятельности, направленный на удовлетворение потребностей конкретных сегментов рынка. Функционал компании - перечень бизнес-функций, функций менеджмента и функций обеспечения, требуемых для поддержания на регулярной основе указанных видов коммерческой деятельности. Матрица проекций - модель, представленная в виде матрицы, задающей систему отношений между классификаторами в любой их комбинации. Модель структур данных - определяет перечень и форматы документов, сопровождающих процессы в компании, а также задает форматы описания объектов внешней среды, компонентов и регламентов самой компании. Древовидные модели (классификаторы) - точные иерархические списки выделенных объектов управления (организационных звеньев, функций, ресурсов, в том числе исполнительных механизмов для бизнес-процессов, документов и их структуры, и т.п.). Агрегированная модель - модель организационной структуры, учетные регистры которой имеют ограничение по степени детализации до 2-3 уровней. Детализированная модель - модель организационной структуры, детализация учетных регистров которой производится на более глубоких уровнях, чем в агрегированной модели. Владелец процесса – человек, отвечающий за ход и результаты процесса в целом. Он должен знать бизнес-процесс, следить за его выполнением и совершенствовать его эффективность. Владельцу бизнес-процесса необходимо обладать коммуникативностью, энтузиазмом, способностью влиять на людей и производить изменения. Лидер команды — работник, обладающий знаниями о бизнес-процессе и имеющий позитивные личные качества. Коммуникатор – работник, обучающий команду различным методам работы, подготавливающий совместно с лидером совещания и анализирующий их результат. Координатор процесса – работник, отвечающий за согласованную работу всех частей бизнеса и обеспечивающий связь с другими бизнес-процессами. Координатор должен обладать административными способностями и пониманием стратегических целей предприятия. Участники команды – специалисты различных уровней иерархии. Участники команды получают поддержку и методическое обеспечение от консультанта и коммуникатора, вместе с лидером проводят моделирование, анализ и оценку бизнес-процесса. Сплошная "фотография" рабочего времени - непрерывное наблюдение и регистрация характеристик работников в процессе функционирования в течение всего рабочего дня. Объект — это сущность, которая используется при выполнении некоторой функции или операции (преобразования, обработки, формирования и т.д.). 321 Исторически IDEF0 как стандарт был разработан в 1981 году в рамках обширной программы автоматизации промышленных предприятий, которая носила обозначение ICAM (Integrated Computer Aided Manufacturing). Семейство стандартов IDEF унаследовало свое обозначение от названия этой программы (IDEF=Icam DEFinition), и последняя его редакция была выпущена в декабре 1993 года Национальным Институтом по Стандартам и Технологиям США (NIST).