Диаграммы IDEF0. Построение модели IDEF0

IDEF0 methods are intended to model the functions of a process, creating a graphical model that displays: what controls the function, who makes it, what resources are used and how they are connected with other functions. The IDEF0 tool is used to model the decisions, actions, and activities of a software system during the development process . IDEF0 diagram graphically depicts a model of a desired version of the application. ConceptDraw PRO allows you to create and communicate the IDEF0 diagrams of any complexity.

Swim Lane Diagrams are the kind of process flow diagrams and effective tool for documenting the business processes required for any business company for its productive work, for easy defining the weak points, reasons of defects, or delays during the process. Swim Lane Diagram is based on the IDEF3 standard and was developed primarily for using in projecting. Its name derives from the use of horizontal or vertical lanes. The blocks that denote the parts of the processes are arranged within definite lanes according to the belonging to responsible worker. So the process of any complexity is visually divided into the parts and represented with indication the responsibility for execution of each part. This significantly facilitates the comprehension of its work. Use the ConceptDraw PRO software and predesigned vector objects from the Swim Lanes library of Business Process Mapping Solution included to ConceptDraw Solution Park to easy develop Swim Lanes Flowcharts and Diagrams, for modeling and documenting the business processes in a simple and visual graphic form.

IDEF0 Diagrams Software - Create IDEF0 diagrams and business diagrams rapidly with rich examples and templates. Provide some IDEF0 knowledge.

IDEF Definition

IDEF is based on the Structured Analysis and Design Technique (SADT), a graphical approach to system description, introduced by Douglas T. Ross in the early 1970s. Since then, system analysts at Softech, Inc. have refined and used SADT in a wide variety of problems. In 1981, the U.S. Air Force Program for Integrated Computer-Aided Manufacturing (ICAM) standardized and made public a subset of SADT, called IDEF.

Was originally used to apply structured methods to better understand how to improve manufacturing productivity. IDEF0 was initially created at Northrop Corporation in 1966, and first available commercially by SofTek in 1972. An IDEF0 activity diagram contains one level of decomposition of a process. Boxes within a diagram show the subprocesses of the parent process named by the diagram. Arrows between the boxes show the flow of products between processes.

Innovative IDEF0 Software

Edraw Max is an easy to use IDEF0 diagrams software, which creates IDEF0 diagrams and business diagrams rapidly with rich examples and templates.

Build hierarchical diagrams using IEDF0 process charting models for model configuration management, need and benefit analyses, requirements definitions, and continuous improvement models.

System Requirements

Works on Windows 7, 8, 10, XP, Vista and Citrix

Works on 32 and 64 bit Windows

Works on Mac OS X 10.2 or later

Software Features

Edraw is:

state of the art
vector-based
more than just IDEF0, IDEF1, IDEF2 Diagrams which can make over 200 kinds of diagrams
easy to use with drag and drop interface, premade symbols and automatic formatting tools
accompanied by a plethora of well-designed templates and examples
designed with broad file format compatibility

IDEF0 diagrams typically include the following components:

Context diagram - The topmost diagram in an IDEF0 model.

Parent/child diagram - An IDEF0 decomposition hierarchy using parent/child relationships.

Node trees - Tree-like structures of nodes rooted at a chosen node, and used to represent a full IDEF0 decomposition in a single diagram.

The Benefits of Using IDEF0 to Model Business Processes

Understanding - modeling helps discover the nature of the business being modeled; that is, what is being done in the business.
Communication - once understanding has been reached, the nature of the business processes can be documented and these documents easily communicated.
Enlightenment - modeling helps to uncover anomalies, redundancies deficiencies and inefficiencies in the existing (as-is) business process.
Improvement - a model allows you to select deficient areas of the business and its processes and improve them.
Redesign - a model provides a tangible basis for redesigning the process, performing simulations of the redesigned (to-be) business process as defined by the strategy. This means that strategies can be tested before implementation takes place.

The IDEF0 Modeling Techniques

An IDEF0 model represents the activities of the business from the point of view of the business, how those business activities interrelate, resources used to conduct each activity, and the result or output of each activity. The model consists of graphics and associated text supporting the graphics.

The IDEF0 modeling technique consists of a graphic language and a modeling process that can be used to develop a rich process description. It is an intuitive way to define, analyze and document the business as a whole and the processes of the business.

Подходом, основанным на методологии общего описания и функционального моделирования бизнес- процессов, является методология IDEF0. В основе ее лежит методология интегрированного компьютеризированного производства (Integrated Computer-Aided Manufacturing - ICAM), использовавшаяся в военно-воздушных аэрокосмических лабораториях США в процессе разработки и создания новых видов самолетов и космических аппаратов. Позднее на этой основе был разработан и введен в действие в 1993 г. федеральный стандарт США по информационным технологиям - Публикация? 183 (Federal Information Processing Standard, Publication 183).

В настоящее время этот стандарт является основой для общего функционального описания и моделирования различных бизнес-процессов и используется на многих предприятиях и в организациях, производящих самые различные виды продукции и услуги.

IDEF 0 используется для создания функциональной модели , отображающей структуру и функции системы, а также потоки информации и материальных объектов, преобразуемые этими функциями.

Основу графического языка IDEF0, синтаксис и семантика которого определены с абсолютной строгостью, составляют блоки и соединяющие их стрелки, которые формируют иерархию детализируемых диаграмм.

Рисунок 1. Иерархия детализируемых диаграмм в IDEF0.

Блоки представляют собой некоторые функции, определенные как деятельности, процессы или преобразования. Их наименования вписываются в рамку блока в виде глагольной фразы или отглагольного существительного. Существует четкая иерархическая нумерация блоков, которая всегда позволяет идентифицировать место каждого блока в общей совокупности диаграмм.

Стрелки могут быть четырех видов:

Рисунок 2. Позиционирование стрелок в модели IDEF0.

Входы ( Input ) и Выходы ( Output ) (подходят слева к блокам и выходят справа от них) — представляют собой данные, объекты, материалы и т.п., относящиеся к выполняемым блоками функциям (это, как правило, перерабатываемые ресурсы и результаты выполнения отдельных функций блоков);
Механизмы выполнения функций ( Mechanism ) (подходят снизу к блокам) — представляют собой долговременные ресурсы, необходимые для выполнения соответствующих работ (это могут быть конкретные работники, подразделения организации, машины, оборудование, компьютерная техника и т.п.);
Управление или регламентирующие документы ( Control ) (подходят сверху к блокам) − представляют собой условия, директивы, руководящие документы и т. п., управляющие выполнением данной функции.

Компоненты синтаксиса IDEF0 - блоки, стрелки, диаграммы и правила.

Блоки представляют функции, определяемые как деятельность, процесс, операция, действие или преобразование.
Стрелки представляют данные или материальные объекты, связанные с функциями.
Правила определяют, как следует применять компоненты; диаграммы обеспечивают формат графического и словесного описания моделей. Формат образует основу для управления конфигурацией модели.

Блок описывает функцию. Внутри каждого блока помещаются его имя и номер. Имя должно быть глагольной фразой или отглагольным существительным. Номер блока размещается в правом нижнем углу. Номера блоков используются для их идентификации на диаграмме и в соответствующем тексте.

Стрелка формируется из одного или нескольких отрезков прямых и наконечника на одном конце. Сегменты стрелок могут быть прямыми или ломаными; в последнем случае горизонтальные и вертикальные отрезки стрелки сопрягаются дугами, имеющими угол 90°. Стрелки не представляют поток или последовательность событий, как в традиционных блок-схемах потоков или процессов (потоковых диаграммах). Они лишь показывают, какие данные или материальные объекты должны поступить на вход функции для того, чтобы эта функция могла выполняться.

Рисунок 3. Стрелки на IDEF0-диаграмме.

Для блоков установлены следующие синтаксические правила :

размеры блоков должны быть достаточными для того, чтобы включить имя и номер блока;
блоки должны быть прямоугольными, с прямыми углами;
блоки должны быть нарисованы сплошными линиями.

Для стрелок установлены следующие синтаксические правила :

ломаные стрелки изменяют направление только под углом 90°;
стрелки должны быть нарисованы сплошными линиями. Можно использовать линии различной толщины;
стрелки могут состоять только из вертикальных или горизонтальных отрезков; отрезки, направленные по диагонали, не допускаются;
концы стрелок должны касаться внешней границы функционального блока, но не должны пересекать ее;
стрелки должны присоединяться к блоку на его сторонах. Присоединение в углах не допускается.

IDEF0-модели состоят из документов трех типов:

графических диаграмм,
текста
глоссария.

Эти документы имеют перекрестные ссылки друг на друга. Графическая диаграмма - главный компонент IDEF0-модели, содержащий блоки, стрелки, соединения блоков и стрелок и ассоциированные с ними отношения. Блоки представляют основные функции моделируемого объекта. Эти функции могут быть разбиты (декомпозированы) на составные части и представлены в виде более подробных диаграмм. Процесс декомпозиции продолжается до тех пор, пока объект не будет описан на уровне детализации, необходимом для достижения целей конкретного проекта.

Ещё одним понятием IDEF0 является глоссарий . Для каждого из элементов IDEF0: диаграмм, блоков, стрелок 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.

Диаграмма верхнего уровня обеспечивает наиболее общее описание объекта моделирования. За этой диаграммой следует серия дочерних диаграмм, дающих более детальное представление об объекте.

Каждая модель должна иметь контекстную диаграмму верхнего уровня, на которой объект моделирования представлен единственным блоком с граничными стрелками. Эта диаграмма называется А-0 (А минус ноль). Стрелки на этой диаграмме отображают связи объекта моделирования с окружающей средой. Поскольку единственный блок представляет весь объект, его имя - общее для всего проекта. Это же справедливо и для всех стрелок диаграммы, поскольку они представляют полный комплект внешних интерфейсов объекта. Диаграмма А-0 устанавливает область моделирования и ее границу.

Рисунок 4. Пример контекстной диаграммы верхнего уровня.

Контекстная диаграмма А-0 также должна содержать краткие утверждения, определяющие точку зрения должностного лица или подразделения, с позиций которого создается модель, и цель, для достижения которой ее разрабатывают. Формулировка цели выражает причину создания модели, то есть содержит перечень вопросов, на которые должна отвечать модель, что в значительной мере определяет ее структуру. Наиболее важные свойства объекта обычно выявляются на верхних уровнях иерархии; по мере декомпозиции функции верхнего уровня и разбиения ее на подфункции, эти свойства уточняются. Каждая подфункция, в свою очередь, декомпозируется на элементы следующего уровня, и так происходит до тех пор, пока не будет получена структура, позволяющая ответить на вопросы, сформулированные в цели моделирования. Каждая подфункция моделируется отдельным блоком. Каждый родительский блок подробно описывается дочерней диаграммой на более низком уровне. Все дочерние диаграммы должны быть в пределах области контекстной диаграммы верхнего уровня.

Часто бывают случаи, когда отдельные стрелки не имеет смысла продолжать рассматривать в дочерних диаграммах ниже какого-то определенного уровня в иерархии, или наоборот — отдельные блоки не имеют практического смысла выше какого-то уровня. С другой стороны, иногда возникает необходимость избавиться от отдельных “концептуальных” стрелок и не детализировать их глубже некоторого уровня. Для решения подобных задач в стандарте IDEF0 предусмотрено понятие туннелирования . Обозначение “туннеля” в виде двух круглых скобок вокруг начала стрелки обозначает, что эта стрелка не была унаследована от функционального родительского блока и появилась (из “туннеля”) только на этой диаграмме. В свою очередь, такое же обозначение вокруг конца стрелки в непосредственной близи от блока - приёмника означает тот факт, что в дочерней по отношению к этому блоку диаграмме эта стрелка отображаться и рассматриваться не будет. Чаще всего бывает, что отдельные объекты и соответствующие им интерфейсные стрелки не рассматриваются на некоторых промежуточных уровнях иерархии - в таком случае, они сначала “погружаются в туннель”, а затем, при необходимости “возвращаются из туннеля”.

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 на предприятии (в системе).

При проведении сложных проектов обследования предприятий, разработка моделей в стандарте IDEF0 позволяет наглядно и эффективно отобразить весь механизм деятельности предприятия в нужном разрезе. Однако самое главное - это возможность коллективной работы, которую предоставляет IDEF0 .

IDEF0 диаграммы строятся с помощью программы BPWin. Предназначены они для графического моделирования происходящих бизнес-процессов

О методологии IDEF0

Методология IDEF0 широко используется благодаря простой и понятной для понимания графической нотации, применение которой для построения модели очень удобное. Главное место в методологии отводится диаграммам. На диаграммах отображают функции системы посредством геометрических прямоугольников, а также имеющиеся связи между функциями и внешней средой. Связи отображаются с помощью стрелок. В этом можно убедиться, увидев, что предлагает IDEF0 диаграмма, примеры которой можно найти в данной статье.

Тот факт, что в моделировании используется всего два графических примитива, позволяет довольно быстро объяснить действующие правила взаимодействий IDEF0 тем людям, которые не имеют никакого представления об этом Посредством диаграмм IDEF0 подключение заказчика к происходящим процессам осуществляется более быстро благодаря использованию наглядного языка графики. Можно увидеть, что предлагает IDEF0 диаграмма, примеры которой представлены ниже.

Элементы, используемые для IDEF0

Как уже упоминалось, используется 2 типа геометрических примитивов: прямоугольники и стрелки. Прямоугольники обозначают определённые процессы, функции, работы или задачи, что имеют цели и ведут к обозначенному результату. Взаимодействие процессов между собой и внешней средой обозначается с помощью стрелок. В IDEF0 различают 5 различных типов стрелок.

Возможности использования IDEF0

Методологию IDEF0 можно применять для описи функционального аспекта любой информационной системы.

Типы связей между процессами IDEF0

В интересах модели создавать такие связи построений, чтобы внутренние связи были как можно сильней, а внешние - как можно слабей. Это сильная сторона моделирования с помощью IDEF0. Примеры диаграмм вы можете увидеть сами и убедиться в правдивости этих слов. Для облегчения установления связей подобные соединяются в модули. Между модулями устанавливаются внешние связи, а внутри модулей - внутренние. Различают несколько типов связей.

1. Иерархическая («часть» - «целое») связь.

2. Управляющая (регламентирующая, подчинённая):

2) обратная связь управления.

3. Функциональная или технологическая:

2) обратная входная.

3) потребительская;

4) логическая;

5) методическая или коллегиальная;

6) ресурсная;

7) информационная;

8) временная;

9) случайная.

Построение блоков и связей в диаграммах

Методология IDEF0 предоставляет целый ряд правил и рекомендаций по своему использованию и улучшению качества использования. Так, в диаграмме отображается один блок, на котором можно задать название системы, её назначение. К блоку или от блока ведёт 2-5 стрелок. Можно больше или меньше, но как минимум две стрелки необходимы для входа/выхода, а остальные для дополнительных работ и их указания на диаграмме. Если стрелок больше 5, следует задуматься об оптимальности построения модели, и нельзя ли сделать её ещё более детализированной.

Построение блоков в диаграммах декомпозиции

Количество блоков, которое будет на одной диаграмме, рекомендовано в численности 3-6. Если их меньше, то такие диаграммы вряд ли будут нести смысловую нагрузку. Если количество блоков будет огромным, то прочитать такую диаграмму будет весьма сложно, учитывая наличие ещё и дополнительных стрелок. Для улучшения восприятия информации размещать блоки рекомендуется сверху вниз и слева направо. Такое расположение позволит отразить логику исполнения последовательности процессов. А также стрелки будут создавать меньшую путаницу, обладая минимальным количеством пересечений друг с другом.

Если запуск определённой функции никак не контролируется, и процесс может быть запущен в произвольный момент, то такую ситуацию обозначают отсутствием стрелок, означающих управление и вход. Но наличие такой ситуации может говорить потенциальным партнерам об определенной нестабильности и необходимости внимательнее присмотреться к потенциальному партнеру.

Блок, у которого есть только стрелка входа, говорит о том, что процесс получает входные параметры, но управление и корректировка во время исполнения не происходят. Блок, у которого есть только стрелка управления, используется для обозначения работ, которые вызываются только по особому распоряжению управляющей системы. Они управляются и корректируются на всех своих этапах.

Но пример построения IDEF0 диаграммы может убедить, что наиболее полноценным и охватывающим типом является диаграмма со стрелками входа и управления.

Именование

Для улучшения визуального восприятия каждый блок и каждая стрелка должны иметь своё собственное имя, которое позволит идентифицировать их среди множества других блоков и стрелок. Так выглядят в IDEF0 примеры диаграмм. Информационная система, построенная с помощью них, позволит разобраться во всех недостатках и сложностях моделей.

Часто используется слияние стрелок, и встают вопросы об их именовании. Но слияние возможно только в случае передачи однородных данных, поэтому отдельные имена не нужны, хотя в программе BPWin их можно задать. Также, если происходит расхождение стрелок, то их можно отдельно наименовать, чтобы понимать, что за что отвечает.

Если после ветвления нет наименования, то считается, что имя точно такое, как было до ветвления. Так может быть, если два блока требуют одинаковую информацию. Контекстная диаграмма IDEF0, пример которой можно найти в данной статье, подтвердит эти слова.

Информация о стрелках

Стрелки, входящие и выходящие из одного блока при построении диаграммы композиции, должны отображаться на ней. Имена геометрических фигур, перенесённых на диаграмму, должны в точности повторять информацию высшего уровня. Если две стрелы параллельны относительно дуг друга (т.е. начинаются на грани одного процесса и заканчиваются обе на одной грани другого процесса), то возможно, для оптимизации модели их следует объединить и подобрать подходящее имя, что прекрасно отображается в IDEF0 (примеры диаграмм в Visio можно посмотреть).

Пример реализации методологии IDEF0 на конкретной модели

Вы уже узнали, что такое IDEF0 диаграмма, примеры и правила построения таких диаграмм частично увидели. Теперь следует обратиться и к практике. Для лучшего понимания объяснение будет идти не на какой-то «общей» модели, а на конкретном примере, который позволит лучше и полнее понять особенности работы с IDEF0 в программе BPWin.

В качестве примера выступит скорость движения поезда из точки А в точку Б. Необходимо принять во внимание, что поезд не может развивать скорость больше взятой за допустимую. Эта грань устанавливается на основе опыта эксплуатации и влияния составов на железнодорожном пути. Следует понимать, что целью состава является доставка пассажиров, которые, в свою очередь, заплатили, чтобы в безопасности и с комфортом добраться до пункта назначения. Полезна IDEF0 диаграмма, примеры которой можно найти в этой статье.

Исходной информацией выступают:

данные про линию путей;
паспорт всей дистанции;
план пути.

Управляющие данные:

Указание начальника, заведующего службой путей.
Сведения о существующем потоке передвижения составов.
Сведения о запланированных ремонтах, реконструкциях и изменении путей.

Результатом модели является:

Ограничение допустимых скоростей с указанием причины ограничения.
Допустимые скорости при движении на раздельных пунктах и во время перегона составов.

Когда построена контекстная диаграмма, она должна быть детализирована, и затем создана композитная диаграмма, которая будет диаграммой первого уровня. На ней будут изображены все основные функции системы. Методология и диаграмма IDEF0, для которой делается декомпозиция, именуется родительской. IDEF0 декомпозиции называют дочерней.

Заключение

После декомпозиции на первом уровне проводится декомпозиция второго уровня - и так до тех пор, пока дальнейшая декомпозиция не потеряет своего смысла. Всё это делается для получения максимально детализированной графической схемы происходящих и планируемых процессов. Это готовый пример IDEF0 диаграммы, по которому вы можете ориентироваться уже сейчас.

6.2. Назначение и состав методологии SADT (IDEF0)

Методология SADT (Structured Analysis and Design Technique – методология структурного анализа и проектирования) представляет собой совокупность методов, правил и процедур, предназначенных для построения функциональной модели системы.

Начало разработки данной методологии было положено Дугласом Россом (США) в середине 60-х гг. ХХ в. С тех пор системные аналитики компании SofTech, Inc. улучшили SADT и использовали ее в решении широкого круга проблем. Программное обеспечение телефонных сетей, диагностика, долгосрочное и стратегическое планирование, автоматизированное производство и проектирование, конфигурация компьютерных систем, обучение персонала, управление финансами и материально-техническим снабжением – вот некоторые из областей эффективного применения SADT. Широкий спектр областей указывает на универсальность и мощь методологии SADT. В программе «Интеграции компьютерных и промышленных технологий» (Integrated Computer Aided Manufacturing, ICAM) Министерства обороны США была признана полезность SADT. Это привело к публикации ее части в 1981 г., называемой IDEF0 (Icam DEFinition), в качестве федерального стандарта на разработку программного обеспечения. Под этим названием SADT стала применяться тысячами специалистов в военных и промышленных организациях . Последняя редакция стандарта IDEF0 была выпущена в декабре 1993г. Национальным институтом по стандартам и технологиям США (National Institute Standards and Technology, NIST).

Данная методология при описании функционального аспекта информационной системы конкурирует с методами, ориентированными на потоки данных (DFD). В отличие от них IDEF0 позволяет:

Описывать любые системы, а не только информационные (DFD предназначена для описания программного обеспечения);

Создать описание системы и ее внешнего окружения до определения окончательных требований к ней. Иными словами, с помощью данной методологии можно постепенно выстраивать и анализировать систему даже тогда, когда трудно еще представить ее воплощение.

Таким образом, IDEF0 может применяться на ранних этапах создания широкого круга систем. В то же время она может быть использована для анализа функций существующих систем и выработки решений по их улучшению.

Основу методологии IDEF0 составляет графический язык описания процессов. Модель в нотации IDEF0 представляет собой совокупность иерархически упорядоченных и взаимосвязанных диаграмм. Каждая диаграмма является единицей описания системы и располагается на отдельном листе.

Модель (AS-IS, TO-BE или SHOULD-BE) может содержать 4 типа диаграмм [ , ]:

Контекстную диаграмму;

Диаграммы декомпозиции;

Диаграммы дерева узлов;

Диаграммы только для экспозиции (for exposition only, FEO).

Контекстная диаграмма (диаграмма верхнего уровня), являясь вершиной древовидной структуры диаграмм, показывает назначение системы (основную функцию) и ее взаимодействие с внешней средой. В каждой модели может быть только одна контекстная диаграмма. После описания основной функции выполняется функциональная декомпозиция, т. е. определяются функции, из которых состоит основная.

Далее функции делятся на подфункции и так до достижения требуемого уровня детализации исследуемой системы. Диаграммы, которые описывают каждый такой фрагмент системы, называются диаграммами декомпозиции . После каждого сеанса декомпозиции проводятся сеансы экспертизы – эксперты предметной области указывают на соответствие реальных процессов созданным диаграммам. Найденные несоответствия устраняются, после чего приступают к дальнейшей детализации процессов.

Диаграмма дерева узлов показывает иерархическую зависимость функций (работ), но не связи между ними. Их может быть несколько, поскольку дерево можно построить на произвольную глубину и с произвольного узла.

Диаграммы для экспозиции строятся для иллюстрации отдельных фрагментов модели с целью отображения альтернативной точки зрения на происходящие в системе процессы (например, с точки зрения руководства организации).

6.3. Элементы графической нотации IDEF0

Методология IDEF0 нашла широкое признание и применение, в первую очередь, благодаря простой графической нотации, используемой для построения модели. Главными компонентами модели являются диаграммы. На них отображаются функции системы в виде прямоугольников, а также связи между ними и внешней средой посредством стрелок. Использование всего лишь двух графических примитивов (прямоугольник и стрелка) позволяют быстро объяснить правила и принципы построения диаграмм IDEF0 людям, незнакомым с данной методологией. Это достоинство позволяет подключить и активизировать деятельность заказчика по описанию бизнес-процессов с использованием формального и наглядного графического языка.

На следующем рисунке показаны основные элементы графической нотации IDEF0 .

Рис. 6.1. Элементы графической нотации IDEF0

Прямоугольник представляет собой работу (процесс, деятельность, функцию или задачу) , которая имеет фиксированную цель и приводит к некоторому конечному результату. Имя работы должно выражать действие (например, «Изготовление детали», «Расчет допускаемых скоростей», «Формирование ведомости ЦДЛ № 3»).

Взаимодействие работ между собой и внешним миром описывается в виде стрелок. В IDEF0 различают 5 видов стрелок :

- вход (англ. input) – материал или информация, которые используются и преобразуются работой для получения результата (выхода). Вход отвечает на вопрос «Что подлежит обработке?». В качестве входа может быть как материальный объект (сырье, деталь, экзаменационный билет), так и не имеющий четких физических контуров (запрос к БД, вопрос преподавателя). Допускается, что работа может не иметь ни одной стрелки входа. Стрелки входа всегда рисуются входящими в левую грань работы;

- управление (англ. control) – управляющие, регламентирующие и нормативные данные, которыми руководствуется работа. Управление отвечает на вопрос «В соответствии с чем выполняется работа?». Управление влияет на работу, но не преобразуется ей, т.е. выступает в качестве ограничения. В качестве управления могут быть правила, стандарты, нормативы, расценки, устные указания. Стрелки управления рисуются входящими в верхнюю грань работы. Если при построении диаграммы возникает вопрос, как правильно нарисовать стрелку сверху или слева, то рекомендуется ее рисовать как вход (стрелка слева);

- выход (англ. output) – материал или информация, которые представляют результат выполнения работы. Выход отвечает на вопрос «Что является результатом работы?». В качестве выхода может быть как материальный объект (деталь, автомобиль, платежные документы, ведомость), так и нематериальный (выборка данных из БД, ответ на вопрос, устное указание). Стрелки выхода рисуются исходящими из правой грани работы;

- механизм (англ. mechanism) – ресурсы, которые выполняют работу. Механизм отвечает на вопрос «Кто выполняет работу или посредством чего?». В качестве механизма могут быть персонал предприятия, студент, станок, оборудование, программа. Стрелки механизма рисуются входящими в нижнюю грань работы;

- вызов (англ. call) – стрелка указывает, что некоторая часть работы выполняется за пределами рассматриваемого блока. Стрелки выхода рисуются исходящими из нижней грани работы.

6.4. Типы связей между работами

После определения состава функций и взаимосвязей между ними, возникает вопрос о правильной их композиции (объединении) в модули (подсистемы). При этом подразумевается, что каждая отдельная функция должна решать одну, строго определенную задачу. В противном случае необходима дальнейшая декомпозиция или разделение функций.

При объединении функций в подсистемы необходимо стремиться, чтобы внутренняя связность (между функциями внутри модуля) была как можно сильнее, а внешняя (между функциями, входящими в разные модули), как можно слабее. Опираясь на семантику связей методологии , введем классификацию связей между функциями (работами). Данная классификация является расширением . Типы связей приводятся в порядке уменьшения их значимости (силы связывания). В приводимых примерах утолщенными линиями выделяются функции, между которыми имеется рассматриваемый тип связи.

1. Иерархическая связь (связь «часть» – «целое») имеет место между функцией и подфункциями, из которых она состоит.

Рис. 6.2. Иерархическая связь

2. Регламентирующая (управляющая, подчиненная) связь отражает зависимость одной функции от другой, когда выход одной работы направляется на управление другой. Функцию, из которой выходит управление, следует считать регламентирующей или управляющей, а в которую входит – подчиненной. Различают прямую связь по управлению , когда управление передается с вышестоящей работы на нижестоящую (рис. 6.3), и обратную связь по управлению , когда управление передается от нижестоящей к вышестоящей (рис. 6.4).

3. Функциональная (технологическая) связь имеет место, когда выход одной функции служит входными данными для следующей функции. С точки зрения потока материальных объектов данная связь показывает технологию (последовательность работ) обработки этих объектов. Различают прямую связь по входу , когда выход передается с вышестоящей работы на нижестоящую (рис. 6.5), и обратную связь по входу , когда выход передается с нижестоящей к вышестоящей (рис.6.6).


Рис. 6.5. Прямая связь по входу	Рис. 6.6. Обратная связь по входу

4. Потребительская связь имеет место, когда выход одной функции служит механизмом для следующей функции. Таким образом, одна функция потребляет ресурсы, вырабатываемые другой.

Рис. 6.7. Потребительская связь

5. Логическая связь наблюдается между логически однородными функциями. Такие функции, как правило, выполняют одну и ту же работу, но разными (альтернативными) способами или, используя разные исходные данные (материалы).

Рис. 6.8. Логическая связь

6. Коллегиальная (методическая) связь имеет место между функциями, алгоритм работы которых определяется одним и тем же управлением. Аналогом такой связи является совместная работа сотрудников одного отдела (коллег), подчиняющихся начальнику, который отдает указания и приказы (управляющие сигналы). Такая связь также возникает, когда алгоритмы работы этих функций определяются одним и тем же методическим обеспечением (СНИП, ГОСТ, официальными нормативными материалами и т. д.), служащим в качестве управления.

Рис. 6.9. Методическая связь

7. Ресурсная связь возникает между функциями, использующими для своей работы одни и те же ресурсы. Ресурсно-зависимые функции, как правило, не могут выполняться одновременно.

Рис. 6.10. Ресурсная связь

8. Информационная связь имеет место между функциями, использующими в качестве входных данных одну и ту же информацию.

Рис. 6.11. Информационная связь

9. Временная связь возникает между функциями, которые должны выполняться одновременно до или одновременно после другой функции.

Кроме указанных на рисунке случаев, эта связь имеет место также между другими сочетаниями управления, входа и механизма, поступающими в одну функцию.

Рис. 6.12. Временная связь

10. Случайная связь возникает, когда конкретная связь между функциями мала или полностью отсутствует.

Рис. 6.13. Случайная связь

Из приведенных выше типов связей наиболее сильной является иерархическая связь, которая, по сути, и определяет объединение функций в модули (подсистемы). Несколько слабее являются регламентирующие, функциональные и потребительские связи. Функции с этими связями обычно реализуются в одной подсистеме. Логические, коллегиальные, ресурсные и информационные связи одни из самых слабых. Функции, обладающие ими, как правило, реализуют в разных подсистемах, за исключением логически однородных функций (функций, связанных логической связью). Временная связь свидетельствует о слабой зависимости функций друг от друга и требует их реализации в отдельных модулях.

Таким образом, при объединении функций в модули наиболее желательными являются первые пять видов связей. Функции, связанные последними пятью связями, лучше реализовывать в отдельных модулях.

В IDEF0 существуют соглашения (правила и рекомендации) по созданию диаграмм, которые призваны облегчить чтение и экспертизу модели [ , ]. Некоторые из этих правил CASE-средства поддерживают автоматически, выполнение других следует обеспечить вручную.

1. Перед построением модели необходимо определиться, какая модель (модели) системы будет построена. Это подразумевает определение ее типа AS-IS, TO-BE или SHOULD-BE, а также определения позиции, с точки зрения которой строится модель. «Точку зрения» лучше всего представлять себе как место (позицию) человека или объекта, в которое надо встать, чтобы увидеть систему в действии. Например, при построении модели работы продуктового магазина можно среди возможных претендентов, с точки зрения которых рассматривается система, выбрать продавца, кассира, бухгалтера или директора. Обычно выбирается одна точка зрения, наиболее полно охватывающая все нюансы работы системы, и при необходимости для некоторых диаграмм декомпозиции строятся диаграммы FEO, отображающие альтернативную точку зрения.

2. На контекстной диаграмме отображается один блок, показывающий назначение системы. Для него рекомендуется отображать по 2–4 стрелки, входящие и выходящие с каждой стороны.

3. Количество блоков на диаграммах декомпозиции рекомендуется в пределах 3–6. Если на диаграмме декомпозиции два блока, то она, как правило, не имеет смысла. При наличии большого количества блоков диаграмма становится перенасыщенной и трудно читаемой.

4. Блоки на диаграмме декомпозиции следует располагать слева направо и сверху вниз. Такое расположение позволяет более четко отразить логику и последовательность выполнения работ. Кроме этого маршруты стрелок будут менее запутанными и иметь минимальное количество пересечений.

5. Отсутствие у функции одновременно стрелок управления и входа не допускается. Это означает, что запуск данной функции не контролируется и может произойти в любой произвольный момент времени либо вообще никогда.

Рис. 6.14. Функция без управления и входа

Блок с наличием только управления можно рассматривать как вызов в программе функции (процедуры) без параметров. Если у блока имеется вход, то он эквивалентен вызову в программе функции с параметрами. Таким образом, блок без управления и входа эквивалентен функции, которая в программе ни разу не вызывается на исполнение.

На рис. 6.7–6.12, отображающих фрагменты диаграмм IDEF0, встречаются блоки без входа и управления. Это не стоит рассматривать как ошибку, так как подразумевается, что одна из этих стрелок должна быть.

6. У каждого блока должен быть как минимум один выход.

Рис. 6.15. Функция без выхода

Работы без результата не имеют смысла и не должны моделироваться. Исключение составляют работы, отображаемые в модели AS-IS. Их наличие свидетельствует о неэффективности и несовершенстве технологических процессов. В модели TO-BE эти работы должны отсутствовать.

7. При построении диаграмм следует минимизировать число пересечений, петель и поворотов стрелок.

8. Обратные связи и итерации (циклические действия) могут быть изображены с помощью обратных дуг. Обратные связи по входу рисуются «нижней» петлей, обратная связь по управлению – «верхней» (см. рис. 6.4 и 6.6).

9. Каждый блок и каждая стрелка на диаграммах должны обязательно иметь имя. Допускается использовать ветвление (декомпозицию) или слияние (композицию) стрелок. Это связано с тем, что одни и те же данные или объекты, порожденные одной работой, могут использоваться сразу в нескольких других работах. И наоборот, одинаковые или однородные данные и объекты, порожденные разными работами, могут использоваться в одном месте.

Рис. 6.16. Ветвление стрелок

При этом допускается задание различным ветвям стрелки уточняющих имен после разветвления (до слияния). Если какая-либо ветвь после ветвления не именована, то считается, что ее имя соответствует имени стрелки, записанному до ветвления.

Так, на рис. 6.16 управления, входящие в блоки «Изготовление деталей» и «Сборка изделия», имеют уточняющие значения и являются составной частью более общего управления «Чертежи». Для работы блока «Контроль качества» используются все чертежи.

На диаграмме не допускается рисовать стрелки, когда до и после ветвления они не именованы. На рис. 6.17 стрелка, входящая в блок «Формирование типовых ведомостей», не имеет имени до и после ветвления, что является ошибкой.

Рис. 6.17. Неправильное именование стрелок

10. При построении диаграмм для лучшей их читаемости может использоваться механизм туннелирования стрелок. Например, чтобы не загромождать лишними деталями диаграммы верхних уровней (родительские), на диаграммах декомпозиции начало дуги помещают в тоннель.

Рис. 6.18. Туннелирование стрелок

В данном примере при построении модели проведения новогоднего утренника механизм «два топора» не будет отображаться на диаграммах верхних уровней, при чтении которых может возникнуть справедливый вопрос: «А зачем нужны два топора на новогоднем утреннике?».

Аналогичным образом можно выполнять туннелирование с обратной целью – недопущения отображения стрелки на диаграммах низших уровней. В этом случае круглые скобки ставятся на конце стрелки. На контекстной диаграмме (см. рис. 6.21) затуннелирован механизм «Инженер службы пути», входящий в блок «Определение допускаемых скоростей». Такое решение принято, так как инженер непосредственно участвует во всех работах, отображенных на диаграмме декомпозиции этого блока (см. рис. 6.22). Чтобы не показывать эту связь и не загромождать диаграмму декомпозиции, стрелка была затуннелирована.

11. Все стрелки, входящие и выходящие из блока, при построении для него диаграммы декомпозиции должны быть отображены на ней. Исключение составляют затуннелированные стрелки. Имена стрелок, перенесенных на диаграмму декомпозиции, должны совпадать с именами, указанными на диаграмме верхнего уровня.

12. Если две стрелки проходят параллельно (начинаются из одной и той же грани одной работы и заканчиваются на одной и той же грани другой работы), то по возможности следует их объединить и называть единым термином.

Рис. 6.19. Объединение связей

13. Каждый блок на диаграммах должен иметь свой номер. Для того чтобы указать положение любой диаграммы или блока в иерархии, используются номера диаграмм. Блок на диаграмме верхнего уровня обозначается 0, блоки на диаграммах второго уровня – цифрами от 1 до 9 (1, 2, …, 9), блоки на третьем уровне – двумя цифрами, первая из которых указывает на номер детализируемого блока с родительской диаграммы, а вторая номер блока по порядку на текущей диаграмме (11, 12, 25, 63) и т. д. Контекстная диаграмма имеет обозначение «А – 0», диаграмма декомпозиции первого уровня – «А0», диаграммы декомпозиции следующих уровней – состоят из буквы «А», за которой следует номер декомпозируемого блока (например, «А11», «А12», «А25», «А63»). На рисунке показано типичное дерево диаграмм (диаграмма дерева узлов) с нумерацией.

Рис. 6.20. Иерархия диаграмм

В современных CASE-средствах механизмы нумерации работ поддерживается автоматически. CASE-средства обеспечивают также автоматическое построение диаграмм дерева узлов, которые содержат только иерархические связи. Вершиной такой диаграммы может быть любой узел (блок), и она может быть построена на любую глубину.

6.6. Пример построения модели IDEF0 для системы определения допускаемых скоростей

Расчет допускаемых скоростей движения поездов является трудоемкой инженерной задачей. При проходе поездом какого-либо участка фактическая скорость движения поезда не должна превышать предельно допускаемую. Эта предельно допускаемая скорость устанавливается исходя из опыта эксплуатации и специально проводимых испытаний по динамике движения и воздействию на путь подвижного состава. Непревышение этой скорости гарантирует безопасность движения поездов, комфортабельные условия езды пассажиров и т. п. Они определяются в зависимости от типа подвижного состава (марки локомотива и типа вагонов), параметров верхнего строения пути (типа рельсов, балласта, эпюры шпал) и плана (радиуса кривых, переходных кривых, возвышения наружного рельса и т. д.). Как правило, для установления допускаемых скоростей необходимо определить не менее двух (на прямых) и пяти (в кривых) скоростей, из которых и выбирается окончательная допускаемая скорость, как наименьшая из всех рассчитанных. Расчет этих скоростей регламентируются Приказом МПС России № 41 от 12 ноября 2001 г. «Нормы допускаемых скоростей движения подвижного состава по железнодорожным путям колеи 1520 (1524) мм Федерального железнодорожного транспорта».

Как было отмечено, построение модели IDEF0 начинается с представления всей системы в виде простейшей компоненты (контекстной диаграммы). Данная диаграмма отображает назначение (основную функцию) системы и необходимые входные и выходные данные, управляющую и регламентирующую информацию, а также механизмы.

Контекстная диаграмма для задачи определения допускаемых скоростей показана на рис.6.21. Для построения модели использовался продукт BPwin 4.0 фирмы Computer Associates.

Рис. 6.21. Контекстная диаграмма системы определения допускаемых скоростей (методология IDEF0)

В качестве исходной информации , на основе которой выполняется определение допускаемых скоростей, используются:

Данные проекта новой линии или проекта реконструкции (содержат всю необходимую информацию для реализации проекта, а именно километраж, оси раздельных пунктов, план линии и др.);

Подробный продольный профиль (содержит информацию, аналогичную рассмотренной выше);

Паспорт дистанции пути (содержит информацию, аналогичную рассмотренной выше, а также сведения о верхнем строении пути (ВСП));

Данные о результатах съемки плана пути вагоном-путеизмерителем;

Ведомость возвышений наружного рельса в кривых (содержит информацию о плане пути).

Часть исходной информации может быть взята из разных источников. В частности сведения о плане (параметрах кривых) могут быть взяты из проекта новой линии или проекта реконструкции, подробного продольного профиля, паспорта дистанции пути и т.д.

Управляющими данными являются:

Указание начальника службы пути дороги или Департамента пути и сооружений ОАО «РЖД» на расчет;

Приказ № 41, содержащий нормативно-справочную информацию, порядок и формулы определения допускаемых скоростей;

Сведения о текущем или планируемом поездопотоке (данные о марках обращающихся локомотивов и типах используемых вагонов);

Сведения о планируемых ремонтах пути, реконструкции и переустройстве сооружений и устройств.

Результатом работы системы должны быть:

Ведомости допускаемых скоростей, содержащие все типы рассчитанных скоростей и позволяющие установить причину их ограничения;

Ведомости Приказа начальника дороги об установлении допускаемых скоростей на перегонах и раздельных пунктах (Приказ «Н») согласно принятой на дороге форме. Утвержденный Приказ «Н» официально закрепляет допускаемые скорости движения поездов;

Типовые формы № 1, 1а и 2, содержащие планируемые допускаемые скорости для разработки графика движения поездов.

Скорости, содержащиеся в Приказе «Н» и типовых формах, могут отличаться от рассчитанных и показываемых в ведомостях допускаемых скоростей. Это связано с тем, что в них отражают ограничения скорости не только по конструкции подвижного состава, параметров ВСП и кривых, но и по состоянию устройств и сооружений (деформация земляного полотна, перекос опор контактной сети и т. д.). Кроме того, они корректируются с учетом планируемых ремонтов пути, реконструкции и переустройства сооружений и устройств и т.д.

После построения контекстная диаграмма детализируется с помощью диаграммы декомпозиции первого уровня. На этой диаграмме отображаются функции системы, которые должны быть реализованы в рамках основной функции. Диаграмма, для которой выполнена декомпозиция, по отношению к детализирующим ее диаграммам называется родительской . Диаграмма декомпозиции по отношению к родительской называется дочерней .

Диаграмма декомпозиции первого уровня для рассматриваемой задачи приведена на рис.6.22. Как правило, при построении диаграммы декомпозиции исходная функция (декомпозируемая) разбивается на 3–8 подфункций (блоков). При этом блоки на диаграмме декомпозиции рекомендуется располагать слева направо сверху вниз, чтобы лучше была видна последовательность и логика взаимодействия подфункций.

Рис. 6.22. Диаграмма декомпозиции первого уровня (методология IDEF0)

Очередность выполнения функций для решения рассматриваемой задачи следующая:

Ввод и корректировка нормативно-справочной информации и данных по участкам дороги (блоки 1 и 2);

Подготовка задания на расчет (блок 3). В нем указывается, для какого участка и пути, а также марки локомотива и типа вагонов следует выполнить расчет;

Расчет допускаемых скоростей в соответствии с порядком и формулами, указанными в Приказе № 41 (блок 4). В качестве исходной информации выступают данные по пути участка (план, верхнее строение пути и т. д.) и нормативы, выбираемые на основании задания на расчет;

Формирование ведомостей допускаемых скоростей (блок 5). На базе результатов расчета создаются несколько видов выходных документов, которые, с одной стороны, позволяют выявить причину ограничений скорости, с другой стороны, выступают в качестве основы для подготовки регламентированных документов;

Формирование и подготовка проекта Приказа «Н» и типовых ведомостей (блоки 6 и 7).

После построения диаграммы декомпозиции первого уровня для указанных на ней функций строятся отдельные диаграммы (диаграммы декомпозиции второго уровня). Затем процесс декомпозиции (построения диаграмм) продолжается до тех пор, пока дальнейшая детализация функций не теряет смысла. Для каждой атомарной функции, описывающей элементарную операцию (т. е. функции, не имеющей диаграмму декомпозиции), составляется подробная спецификация, определяющая ее особенности и алгоритм реализации. В качестве дополнения к спецификации могут использоваться блок-схемы алгоритмов. Таким образом, процесс функционального моделирования заключается в постепенном выстраивании иерархии функций.

6.7. ICOM-коды

Стрелки, входящие в блок и выходящие из него на диаграмме верхнего уровня, являются теми же самыми, что и стрелки, входящие в диаграмму нижнего уровня и выходящие из нее, потому что блок и диаграмма представляют одну и ту же часть системы (см. рис. и ). Как следствие этого, границы функции верхнего уровня – это то же самое, что и границы диаграммы декомпозиции.

ICOM-коды (аббревиатура от Input, Control, Output и Mechanism) предназначены для идентификации граничных стрелок. ICOM-код содержит префикс, соответствующий типу стрелки (I, С, О или М), и порядковый номер (см. рис.).