Основные элементы и понятия IDEF3

Существуют два типа диаграмм в стандарте IDEF3, представляющие описание одного и того же сценария технологического процесса в разных ракурсах. Диаграммы относящиеся к первому типу называются диаграммами Описания Последовательности Этапов Процесса (ProcessFlowDescriptionDiagrams, PFDD), а ко второму - диаграммами Состояния Объекта в и его Трансформаций Процессе (ObjectStateTransitionNetwork, OSTN). Предположим, требуется описать процесс окраски детали в производственном цеху на предприятии. С помощью диаграмм PFDD документируется последовательность и описание стадий обработки детали в рамках исследуемого технологического процесса. Диаграммы OSTN используются для иллюстрации трансформаций детали, которые происходят на каждой стадии обработки.

Используя данную технологию можно строить диаграммы, которые называются WorkFlowDiagraming – диаграммы потока работ.

Данный стандарт применяется:

для улучшения понимания результатов моделирования;

для сбора информации о схеме работы (компании).

диаграмма PFDD, являющаяся графическим отображение сценария обработкидетали. Прямоугольники на диаграмме PFDD называются функциональными элементами или элементами поведения (UnitofBehavior, UOB) и обозначают событие, стадию процесса или принятие решения. Каждый UOB имеет свое имя, отображаемое в глагольном наклонении и уникальный номер. Стрелки или линии являются отображением перемещения детали между UOB-блоками в ходе процесса. Линии бывают следующих видов:

- Старшая (Precedence) - сплошная линия, связывающая UOB. Рисуется слева направо или сверху вниз.

- Отношения (RelationalLink)- пунктирная линия, использующаяся для изображения связей между UOB

- Потоки объектов (ObjectFlow)- стрелка с двумя наконечниками используется для описания того факта, что объект (деталь) используется в двух или более единицах работы, например, когда объект порождается в одной работе и используется в другой.

11. Информационное моделирование. Стандарты IDEF1, IDEF1X

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

Методология IDEF1 позволяет на основе простых графических изображений моделировать информационные взаимосвязи и различия между:

Реальными объектами

Физическими и абстрактными зависимостями, существующими среди реальных объектов

Информацией, относящейся к реальным объектам

Структурой данных, используемой для приобретения, накопления, применения и управления информацией.

Одним из основных преимуществ методологии IDEF1 является обеспечение последовательного и строго структурированного процесса анализа информационных потоков в рамках деятельности предприятия. Другим отличительным свойством IDEF1 является широко развитая модульность, позволяющая эффективно выявлять и корректировать неполноту и неточности существующей структуры информации, на всем протяжении этапа моделирования.

При построении информационной модели проектировщик всегда оперирует с двумя основными глобальными областями, каждой из которой соответствует множество характерных объектов. Первой из этих областей является реальный мир, или же совокупность физических и интеллектуальных объектов, таких, как люди, места, вещи, идеи и т.д., а также все свойства этих объектов и зависимости между ними. Второй же является информационная область. Она включает в себя существующие информационные отображения объектов первой области и их свойств. Информационное отображение, по существу, не является объектом реального мира, однако изменение его, как правило, является следствием некоторого изменения соответствующего ему объекта реального мира. Методология IDEF1 разработана как инструмент для исследования статического соответствия вышеуказанных областей и установления строгих правил и механизмов изменения объектов информационной области при изменении соответствующих им объектов реального мира.

Методология IDEF1 разделяет элемениы структуры информационной области, их свойства и взаимосвязи на классы. Центральным понятием методологии IDEF1 является понятие сущности. Класс сущностей представляет собой совокупность информации, накопленной и хранящейся в рамках предприятия и соответствующей определенному объекту или группе объектов реального мира. Основными концептуальными свойствами сущностей в IDEF1 являются:

1) Устойчивость. Информация, имеющая отношение к той или иной сущности постоянно накапливается.

2) Уникальность. Любая сущность может быть однозначно идентифицирована из другой сущности.

IDEF1X (IDEF1 Extended) – методология построения реляционных структур. IDEF1X относится к типу методологий “Сущность-взаимосвязь” (ER – Entity-Relationship) и, как правило, используется для моделирования реляционных баз данных, имеющих отношение к рассматриваемой системе;

Хотя терминология IDEF1X практически совпадает с терминологией IDEF1, существует ряд фундаментальных отличий в теоретических концепциях этих методологий. Сущность в IDEF1X описывает собой совокупность или набор экземпляров похожих по свойствам, но однозначно отличаемых друх от друга по одному или нескольким признакам. Каждый экземпляр является реализацией сущности. Таким образом, сущность в IDEF1X описывает конкретный набор экземпляров реального мира, в отличие от сущности в IDEF1, которая представляет собой абстрактный набор информационных отображений реального мира. Примером сущности IDEF1X может быть сущность "СОТРУДНИК", которая представляет собой всех сотрудников предприятия, а один из них, скажем, Иванов Петр Сергеевич, является конкретной реализацией этой сущности. В примере, приведенном на рис. 1, каждый экземпляр сущности СОТРУДНИК содержит следующую информацию: ID сотрудника, имя сотрудника, адрес сотрудника и т.п. В IDEF1X модели эти свойства называются атрибутами сущности. Каждый атрибут содержит только часть информации о сущности.

Связи в IDEF1X представляют собой ссылки, соединения и ассоциации между сущностями. Связи это суть глаголы, которые показывают, как соотносятся сущности между собой.

Сущность описывается в диаграмме IDEF1X графическим объектом в виде прямоугольника.. Каждый прямоугольник, отображающий собой сущность, разделяется горизонтальной линией на часть, в которой расположены ключевые поля и часть, где расположены неключевые поля. Верхняя часть называется ключевой областью, а нижняя часть областью данных.

Ключевая область содержит первичный ключ для сущности. Первичный ключ - это набор атрибутов, выбранных для идентификации уникальных экземпляров сущности. Атрибуты первичного ключа располагаются над линией в ключевой области. Как следует из названия, неключевой атрибут - это атрибут, который не был выбран ключевым.Неключевые атрибуты располагаются под чертой, в области данных.

Основным преимуществом IDEF1X, по сравнению с другими многочисленными методами разработки реляционных баз данных, такими как ER и ENALIM является жесткая и строгая стандартизация моделирования. Установленные стандарты позволяют избежать различной трактовки построенной модели, которая несомненно является значительным недостатком ER.

12. Методы, модели, современные технологические и инструментальные средства структурного анализа, достоинства и недостатки.Разработка функциональных и информационных моделей.

В структурном анализе и проектировании используются различные модели, описывающие:

· Функциональную структуру системы;

· Последовательность выполняемых действий;

· Передачу информации между функциональными процессами;

· Отношения между данными.

Наиболее распространенными моделями первых трех групп являются:

· функциональнаямодель SADT (Structured Analysis and Design Technique);

· модель IDEF3;

· DFD (DataFlowDiagrams) - диаграммы потоков данных.

Метод SADT представляет собой совокупность правил и процедур, предназначенных для построения функциональной модели объекта какой-либо предметной области. Функциональная модель SADT отображает функциональную структуру объекта, т.е. производимые им действия и связи между этими действиями. Метод SADT разработан Дугласом Россом (SoftTech, Inc.) в 1969 г. для моделирования искусственных систем средней сложности. Данный метод успешно использовался в военных, промышленных и коммерческих организациях США для решения широкого круга задач, таких, как долгосрочное и стратегическое планирование, автоматизированное производство и проектирование, разработка ПО для оборонных систем, управление финансами и материально-техническим снабжением и др. Метод SADT поддерживается Министерством обороны США, которое было инициатором разработки семейства стандартов IDEF (IcamDEFinition), являющегося основной частью программы ICAM (интегрированная компьютеризацияпроизводства), проводимой по инициативе ВВС США. Метод SADT реализован в одном стандартов этого семейства - IDEF0, который был утвержден в качестве федерального стандарта США в 1993 г., его подробные спецификации можно найти на сайте http://www.idef.com.

Модели SADT (IDEF0) традиционно используются для моделирования организационных систем (бизнес-процессов). Следует отметить, что метод SADT успешно работает только при описании хорошо специфицированных и стандартизованных бизнес-процессов в зарубежных корпорациях, поэтому он и принят в США в качестве типового. Достоинствами применения моделей SADT для описания бизнес-процессов являются:

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

· жесткие требования метода, обеспечивающих получение моделей стандартного вида;

· соответствие подхода к описанию процессов стандартам ISO 9000.

В большинстве российских организаций бизнес-процессы начали формироваться и развиваться сравнительно недавно, они слабо типизированы, поэтому разумнее ориентироваться на менее жесткие модели.

Метод моделирования IDEF3, являющийся частью семейства стандартов IDEF, был разработан в конце 1980-х годов для закрытого проекта ВВС США. Этот метод предназначен для таких моделей процессов, в которых важно понять последовательность выполнения действий и взаимозависимости между ними. Хотя IDEF3 и не достиг статуса федерального стандарта США, он приобрел широкое распространение среди системных аналитиков как дополнение к методу функционального моделирования IDEF0 (модели IDEF3 могут использоваться для детализации функциональных блоков IDEF0, не имеющих диаграмм декомпозиции). Основой модели IDEF3 служит так называемый сценарий процесса, который выделяет последовательность действий и подпроцессов анализируемой системы.

Диаграммы потоков данных (DataFlowDiagrams - DFD) представляют собой иерархию функциональных процессов, связанных потоками данных. Цель такого представления - продемонстрировать, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, а также выявить отношения между этими процессами.

Для построения DFD традиционно используются две различные нотации, соответствующие методам Йордона-ДеМарко и Гейна-Сэрсона. Эти нотации незначительно отличаются друг от друга графическим изображением символов. В соответствии с данными методами модель системы определяется как иерархия диаграмм потоков данных, описывающих асинхронный процесс преобразования информации от ее ввода в систему до выдачи потребителю. Практически любой класс систем успешно моделируется при помощи DFD-ориентированных методов. Они с самого начала создавались как средство проектирования информационных систем (тогда как SADT - как средство моделирования систем вообще) и имеют более богатый набор элементов, адекватно отражающих специфику таких систем (например, хранилища данных являются прообразами файлов или баз данных, внешние сущности отражают взаимодействие моделируемой системы с внешним миром).

С другой стороны, эти разновидности средств структурного анализа примерно одинаковы с точки зрения возможностей изобразительных средств моделирования. При этом одним из основных критериев выбора того или иного метода является степень владения им со стороны консультанта или аналитика, грамотность выражения своих мыслей на языке моделирования. В противном случае в моделях, построенных с использованием любого метода, будет невозможно разобраться.

Наиболее распространенным средством моделирования данных (предметной области) является модель "сущность-связь" (Entity-RelationshipModel - ERМ). Она была впервые введена Питером Ченом в 1976 г. Эта модель традиционно используется в структурном анализе и проектировании, однако, по существу, представляет собой подмножество объектной модели предметной области. Одна из разновидностей модели "сущность-связь" используется в методе IDEF1Х, входящем в семейство стандартов IDEF и реализованном в ряде распространенных CASE-средств (в частности, AllFusionERwinDataModeler).

13. Понятие и метод объектно-ориентированного анализа.

Основная идея объектно-ориентированного анализа (ООА) и проектирования: рассмотрение предмета области и логического решения задачи с точки зрения объектов (понятий и сущностей). В процессе объектно-ориентированного анализа основное внимание уделяется определению и описанию объектов (или понятий) в терминах предметной области.

Наиболее важным моментом ООА и проектирования является квалифицированное распределение обязанностей между компонентами программной системы. Оно оказывает определяющее влияние на масштабируемость, расширяемость и возможность повторного использования компонентов.

Объекты

Основополагающей идеей объектно-ориентированного подхода является объединение данных и действий, производимых над этими данными, в единое целое, которое называется объектом.

Понятию “объект” сопоставляют ряд дополняющих друг друга определений:

- Объект - это осязаемая реальность, характеризующаяся четко определяемым поведением.

- Объект - особый опознаваемый предмет, блок или сущность (реальная или абстрактная), имеющая важное функциональное назначение в данной предмет области.

Объект может быть охарактеризован структурой, состоянием объекта, его поведением и индивидуальностью.

Состояние объекта определяется перечнем всех возможных (обычно статических) свойств и текущими значениями каждого из этих свойств. Свойства объекта характеризуются значениями его параметров.

Поведение объекта описывает, как объект воздействует на другие объекты или как он подвергается воздействию со стороны других объектов с точки зрения изменения его собственного состояния и состояния других объектов. Поведение объекта определяется его действиями.

Определенное воздействие одного объекта на другой с целью вызвать соответствующую реакцию называют операцией.

Классы

Объекты являются экземплярами классов.

Класс - своего рода форма, определяющая, какие данные и функции будут включены в объект класса. Другими словами, класс описывает состав объекта – переменные и функции (методы), кот обрабатывают переменные и тем самым определяют поведение объекта

14. Стадии планирования и разработки требований. Определение системных и функциональных требований.

15. Стадии объектно-ориентированного анализа и определение основных абстракций и механизмов.

16. Методы и средства представления. Нотации представления результатов анализа.

Объектно-ориентированный анализ (ООА) направлен на создание моделей, более близких к реальности, с использованием объектно- ориентированного подхода; это методология, при которой требования формируются на основе понятий классов и объектов, составляющих словарь предметной области.

Принципы объектного подхода.

Объектная модель, которая является концептуальной базой объектно-ориентированной методологии, имеет четыре главных элемента:

- абстрагирование;

- ограничение доступа или инкапсуляция;

- модульность;

- иерархия.

Без любого из этих элементов модель не будет объектно- ориентированной. Кромеглавных имеется три дополнительных элемента:

- типизация

- параллелизм

- сохраняемость или устойчивость (persistence)

Задача классификации

Определение классов и объектов - одна из сложных задач объектно- ориентированного проектирования. Но имеется богатый опыт классификации в других областях науки, на основе которого разработаны методики объектно- ориентированного анализа. Каждая методика предлагает свои правила идентификации классов и объектов. Целью классификации является нахождение общих свойств в объектах. Классифицируя, мы объединяем в одну группу объекты, имеющие одинаковое строение или одинаковое поведение. Разумная классификация - часть любой точной науки. Классификация - последовательный и итерационный процесс. Трудность классификации обуславливается в основном широким выбором возможных равноправных решений.

Исторически сложились три основных подхода к классификации:

- классическое распределение по категориям;

- концептуальная кластеризация;

- теория прототипов.

Эти три способа классификации составляют теоретические основы объектно-ориентированного анализа групп, которые мы можем применить для идентификации классов и объектов при проектировании сложной системы. На практике мы идентифицируем классы и объекты исходя, прежде всего из свойств рассматриваемой предметной области. Если с помощью этого подхода не удается составить приемлемую структуру, приходится концептуально группировать объекты. Если и в этом случае не можем адекватно смоделировать задачу, то приходится прибегать к классификации с помощью ассоциативных методов, выделяя группы объектов по признаку сходства их с некоторым объектом прототипом.

Методики объектно-ориентированного анализа.

В процессе объектно-ориентированного анализа мы моделируем задачу, определяя классы и объекты, которые формируют словарь предметной области.

Классические подходы. Они основывается на классическом распределении по категориям.

Кандидаты для классов и объектов, предлагаемые:

- материальные предметы;

- роли (учитель, телезрители, и т. д.);

- события (прерывание, требование);

- взаимодействие (встреча, пересечение).

Анализ поведения. Этот подход подобен концептуальной кластеризации: классы формируются, основываясь на группах объектов, имеющих сходное поведение. Предлагается понятие ответственности объекта, которое определяет его "знания и умения".

Ответственность объекта - совокупность всех услуг, которые он может предоставлять по всем его контрактам. В иерархии классов каждый подкласс выполняет обязательства суперкласса и добавляет свои дополнительные услуги.

Анализ предметной области. Для поиска общих классов и объектов рекомендуется обратиться ко всем приложениям в рамках предметной области. Здесь выделяются те объекты, операции, связи, которые эксперты данной предметной области считают наиболее важными. В роли эксперта часто выступают просто пользователи системы.

Анализ вариантов (анализ сценариев). Классический подход, поведенческий подход и изучение предметной области по отдельности сильно зависят от индивидуальных способностей и опыта аналитика. Анализ вариантов - это подход, который можно успешно сочетать с тремя первыми, делая их применение более упорядоченными.

Структурный анализ. Возможно, использование структурного анализа для целей объектно-ориентированного проектирования, но этот подход не рекомендуется из-за опасности непроизвольно перейти к алгоритмической декомпозиции. Но если нет другой альтернативы и уже имеется модель системы, описанная диаграммами потоков данных. В результате анализа диаграмм потоков данных выделяют следующие кандидаты для объектов:

- внешние сущности;

- хранилища данных;

- хранилища управляющих сущностей.

Кандидаты для классов:

- потоки данных;

- потоки управления.

Ключевые абстракции

Поиск и выбор ключевых абстракций. Ключевая абстракция - это класс или объект, который входит в словарь проблемной области. Самая главная ценность ключевых абстракций заключена в том, что они определяют границы нашей проблемы: выделяют то, что входит в нашу систему и поэтому важно для нас, и устраняют лишнее. Задача выделения таких абстракций специфична для проблемной области. Как утверждает Голдберг, "правильный выбор объектов зависит от назначения приложения и степени детальности обрабатываемой информации"

определение ключевых абстракций включает в себя два процесса: открытие и изобретение. Наиболее мощный способ выделения ключевых абстракций - сводить задачу к уже известным классам и объектам. При отсутствии таких повторно используемых абстракций рекомендуется пользоваться сценариями, чтобы вести процесс идентификации классов и объектов.

Классы и объекты должны быть на надлежащем уровне абстракции: не слишком высоко и не слишком низко.

Идентификация механизмов

Механизмы представляют шаблоны поведения.

Ключевые абстракции определяют словарь проблемной области, механизмы определяют суть проекта. В процессе проектирования разработчик должен придумать не только начинку классов, но и то, как объекты этих классов будут взаимодействовать друг с другом. Но конкретный механизм взаимодействия все равно придется разложить на методы классов. В итоге протокол класса будет отражать поведение его объектов и работу механизмов, в которых они участвуют.

Механизмы, таким образом, представляют собой стратегические решения в проектировании, подобно проектированию структуры классов. С другой стороны, проектирование интерфейса какого-то одного класса - это скорее тактическое решение. Стратегические решения должны быть выполнены явно, иначе у нас получится неорганизованная толпа объектов, кидающихся выполнять работу, расталкивая друг друга. В наиболее элегантных, стройных и быстрых программах воплощены тщательно разработанные механизмы.

Механизмы представляют только один из шаблонов, которые мы находим в структурированных системах.

Примеры механизмов можно найти во многих системах. Структуру операционной системы, например, можно описать на высоком уровне абстракции по тем механизмам, которые используются для диспетчеризации программ. Система может быть монолитной (как MS-DOS), иметь ядро (UNIX) или представлять собой иерархию процессов (операционная система THE). В системах искусственного интеллекта использованы разнообразные механизмы принятия решений. Одним из наиболее распространенных является механизм рабочей области, в которую каждый индивидуальный источник знаний независимо заносит свои сведения. В таком механизме не существует центрального контроля, но любое изменение в рабочей области может явиться толчком для выработки системой нового пути решения поставленной задачи. Код похожим образом выявил ряд общих механизмов в объектно-ориентированных системах, включая шаблоны временных ассоциаций, протоколирование событий и широковещательную рассылку сообщений. Во всех случаях эти механизмы проявляются не как индивидуальные классы, а как структуры сотрудничающих классов.

17. Основы проектирования программных систем, принципы аспекты проектирования. Понятие проекта, методологии проектирования.

Проектирование — процесс разработки проекта, то есть комплекта документации, предназначенной для создания определённого объекта, его эксплуатации, ремонта и ликвидации, а также для проверки или воспроизведения промежуточных и конечных решений, на основе которых был разработан данный объект. Проектирование — длительный процесс и включает этапы от подготовки технического задания до испытания опытных образцов.

Проектирование, независимо от его содержания, это составная часть планирования.

Объектом проектирования может быть материальный предмет, выполнение работы, оказание услуги.

К концу XX века не только существенно возросла сложность проектируемых объектов, но и их воздействие на общество и окружающую среду, тяжесть последствий аварий из-за ошибок разработки и эксплуатации, высокие требования к качеству и цене, сокращению сроков выпуска новой продукции. Необходимость учета этих обстоятельств заставляла вносить изменения в традиционный характер и методологию проектной деятельности.

При создании объектов их уже необходимо было рассматривать в виде систем, то есть комплекса взаимосвязанных внутренних элементов с определенной структурой, широким набором свойств и разнообразными внутренними и внешними связями. Сформировалась новая проектная идеология, получившая название системного проектирования.

Системное проектирование комплексно решает поставленные задачи, принимает во внимание взаимодействие и взаимосвязь отдельных объектов-систем и их частей как между собой, так и с внешней средой, учитывает социально-экономические и экологические последствия их функционирования. Системное проектирование основывается на тщательном совместном рассмотрении объекта проектирования и процесса проектирования, которые в свою очередь включают ещё ряд важных частей