SADT: Системи та моделі

Приступимо до вивчення моделювання систем. Під словом "система" ми розуміємо сукупність взаємодіючих компонент і взаємозв'язків між ними. Світ, в якому ми живемо, можна розглядати як складну взаємопов'язану сукупність природних і штучних систем. Це можуть бути досить складні системи (наприклад, планети в складі Сонячної системи), системи середньої складності (космічний корабель) або надскладні системи (системи молекулярних взаємодій в живих організмах). Існує величезна кількість наукових дисциплін, призначених для вивчення і пояснення різних аспектів цього нескінченного спектра складності. Наприклад, механіка може пояснити гравітаційне тяжіння двох планет, а хімія може описати молекулярні взаємодії у склянці окропу. Штучні системи за своєю складністю, як правило, займають середнє положення. Наприклад, всесвітня телефонна мережа містить десятки або навіть сотні тисяч перемикачів, проте кількість взаємодій цих перемикачів не йде ні в яке порівняння з кількістю взаємодій молекул навіть у невеликому склянці води. З точки зору загальної теорії систем такі системи зазвичай розглядаються як системи середньої складності.

Під терміном "моделювання" ми розуміємо процес створення точного опису системи. Особливо важким виявляється опис систем середньої складності, таких, як система комутацій в телефонних мережах, управління аеровоздушнимі перевезеннями або рухом підводного човна, складання автомобілів, човникові космічні рейси, функціонування переробних підприємств. З точки зору людини, ці системи описати досить важко, тому що вони настільки великі, що практично неможливо перерахувати всі їх компоненти зі своїми взаємозв'язками, і в той же час недостатньо великі для застосування загальних спрощують припущень (Як це прийнято у фізиці). Наша нездатність дати просте опис, а отже, і забезпечити розуміння таких систем робить їх проектування і створення трудомістким і дорогим процесом і підвищує ступінь їх ненадійність. З зростанням технічного прогресу адекватний опис систем стає все більш актуальною проблемою.

SADT (абревіатура виразу Structured Analysis and Design Technique – методологія структурного аналізу і проектування) – це методологія, розроблена спеціально для того, щоб полегшити опис і розуміння штучних систем, які потрапляють у розряд середньої складності. SADT була створена і випробувана на практиці в період з 1969 по 1973 р. Ця методологія виникла під сильним впливом PLEX, концепції клітинної моделі людина-орієнтованих функцій Хорі, загальної теорії систем технології програмування і навіть кібернетики. З 1973 р. сфера її використання істотно розширюється для вирішення завдань, пов'язаних з великими системами, такими, як проектування телефонних комунікацій реального часу, автоматизація виробництва (САМ), створення програмного забезпечення для командних і керуючих систем, підтримка боєготовності. Вона з успіхом застосовувалася для опису великої кількості складних штучних систем з широкого спектру областей (банківська справа, очищення нафти, планування промислового виробництва, системи наведення ракет, організація матеріально-технічного постачання, методологія планування, технологія програмування). Причина такого успіху полягає в тому, що SADT є повною методологією для створення опису систем, заснованої на концепціях системного моделювання.

1.1. SADT-моделі

Опис системи за допомогою SADT називається моделлю. У SADT-моделях використовуються як природний, так і графічний мови. Для передачі інформації про конкретну систему джерелом природної мови служать люди, які описують систему, а джерелом графічного мови – сама методологія SADT. Надалі ви побачите, що графічна мова SADT забезпечує структуру і точну семантику природної мови моделі. Графічний мова SADT організовує природна мова цілком визначеним і однозначним чином, за рахунок чого SADT і дозволяє описувати системи, які до недавнього часу не піддавалися адекватному уявленню.

З точки зору SADT модель може бути зосереджена або на функціях системи, або на її об'єктах. SADT-моделі, орієнтовані на функції, прийнято називати функціональними моделями, а орієнтовані на об'єкти системи – моделями даних, функціональна модель представляє з необхідною ступенем деталізації систему функцій, які в свою чергу відображають свої взаємини через об'єкти системи. Моделі даних дуальних до функціональних моделей і являють собою докладний опис об'єктів системи, пов'язаних системними функціями. Повна методологія SADT підтримує створення безлічі моделей для більш точного опису складної системи.

Ця книга присвячена тому, як будувати функціональні моделі. Побудова за допомогою SADT моделей даних, а також безлічі моделей виходить за рамки цієї книги.

У частинах I-IV книги обговорюються ті концепції, методи та процеси SADT, які відносяться до побудови функціональних моделей. В якості ілюстрації до опису технічних аспектів наведені приклади побудови реальних функціональних моделей. Розглядається система з галузі аерокосмічної промисловості, яка представляє собою механічний цех, який виробляє деталі для експериментальних літаків (його зазвичай називають експериментальний механічний цех). SADT-модель, яку ми побудуємо і яка буде описувати роботу цеху, призначена для створення навчального посібника для нового персоналу цеху. Додаток А містить повну постановку задачі та загальний огляд робіт, виконуваних цехом.

1.2. Модель відповідає на питання

SADT-модель дає повне, точне і адекватне опис системи, що має конкретне призначення. Це призначення, зване метою моделі, випливає з формального визначення моделі в SADT:

М є модель системи S, якщо М може бути використана для отримання відповідей на питання щодо S з точністю А.

Таким чином, метою моделі є отримання відповідей на деяку сукупність питань. Ці питання неявно присутні (маються на увазі) у процесі аналізу і, отже, вони керують створенням моделі і направляють його. Це означає, що сама модель повинна буде дати відповіді на ці питання з заданим ступенем точності. Якщо модель відповідає не на всі питання або її відповіді недостатньо точні, то ми говоримо, що модель не досягла своєї мети. Визначаючи модель таким чином, SADT закладає основи практичного моделювання.

Сенс і трактування цього визначення зробили істотний вплив на практичні застосування SADT. Зазвичай питання для SADT-моделі формулюються на самому ранньому етапі проектування, при цьому основна суть цих питань має бути виражена в одній-двох фразах. На рис. 1-1 показана робота автора моделі, що використовує SADT для визначення мети моделі експериментального механічного цеху (ЕМЦ). Зверніть увагу на те, що, познайомившись з постановкою завдання і коротким описом процесу, автор склав список питань і звів цей список в одне речення. Ця пропозиція стає метою моделі, а список питань зберігається як деталізація цієї пропозиції. Після завершення роботи над моделлю інформація, що міститься в моделі, буде відповідати на поставлені питання.

Який ступінь точності прийнятна для моделі експериментального механічного цеху? Оскільки модель буде використана для підготовки навчального керівництва, розумна ступінь точності буде досягнута, якщо кожна описана в моделі функція експериментального цеху буде викладена в одному абзаці тексту. Така точність досяжна і вимірна. Інші методи аналізу систем (альтернативні шляхи опису системи) не враховують цей критичний момент визначення основної мети моделі. Тільки зрозумівши, наскільки добре потрібно відповісти на поставлені питання, можна визначити,

Рис 1-1. Визначення мети і точки зору моделі ЕМЦ

коли процес моделювання можна вважати завершеним (тобто коли модель буде відповідати поставленої мети).

1.3. Модель має єдиний суб'єкт

Модель є деяким тлумаченням системи. Тому суб'єктом моделювання служить сама система. Однак моделируемая система ніколи не існує ізольовано: вона завжди пов'язана з навколишнім середовищем. Причому найчастіше важко сказати, де закінчується система і починається середовище. З цієї причини в методології SADT підкреслюється необхідність точного визначення меж системи. SADT-модель завжди обмежує свій суб'єкт, тобто модель встановлює точно, що є і що не є суб'єктом моделювання, описуючи те, що входить в систему, і маючи на увазі те, що лежить за її межами. Обмежуючи суб'єкт, SADT-модель допомагає сконцентрувати увагу саме на описуваній системі і дозволяє уникнути включення сторонніх суб'єктів. Ось чому ми стверджуємо, що SADT-модель повинна мати єдиний суб'єкт.

1.4. У моделі може бути тільки одна точка зору

З визначенням моделі тісно пов'язана позиція, з якої спостерігається система і створюється її модель. Оскільки якість опису системи різко знижується, якщо воно не сфокусовано ні на чому, SADT вимагає, щоб модель розглядалася весь час з однієї і тієї ж позиції. Ця позиція називається "точкою зору" даної моделі. На рис. 1-1 показано, як автор моделі експериментального механічного цеху перераховує претендентів (механік, контролер), з точки зору яких можна було б описувати механічний цех.

"Точку зору" краще всього представляти себе як місце (позицію) людини чи об'єкта, в яке треба встати, щоб побачити систему в дії. З цією фіксованої точки зору можна створити узгоджене опис системи так, щоб модель не дрейфувала навкруги, і в ній не змішувалися б незв'язані опису. Наприклад, якщо в моделі експериментального механічного цеху не зафіксувати певну точку зору, то легко можна змішати проблему обслуговування верстатів цеху з тим, як буде оброблена деталь. Якщо це відбудеться, то читач моделі зіткнеться з труднощами при визначенні конкретних обов'язків персоналу.

Іноді тільки одна з безлічі можливих точок зору може дати опис, що задовольняє цілі моделі. Наприклад, для створення узгодженої моделі механічного цеху можна стати на точку зору як майстра, так і механіка чи контролера, але жодна з них сама по собі не дасть моделі, яка дозволила б написати навчальний посібник для всього персоналу. Тільки з позиції начальника цеху можна побачити всі види робіт, які виконуються в цеху. Саме з його точки зору, як зазначено в зауваженні на рис. 1-1, можна простежити взаємозв'язки обов'язків різних працівників. Точка зору начальника цеху дозволяє творцю моделі визначити роль кожного працівника у виготовленні окремих деталей і описати координацію обов'язків персоналу.

1.5. Моделі як взаємопов'язані набори діаграм

Після того, як визначені суб'єкт, мета і точка зору моделі, починається перша інтеграція процесу моделювання за методологією SADT. Суб'єкт визначає, що включити в модель, а що виключити з неї. Точка зору диктує авторові моделі вибір потрібної інформації про суб'єкта та форму подачі. Мета стає критерієм закінчення моделювання. Кінцевим результатом цього процесу є набір ретельно взаємопов'язаних описів, починаючи з опису самого верхнього рівня всієї системи і закінчуючи докладним описом деталей або операцій системи.

Кожне з таких ретельно взаємоузгоджених описів називається діаграмою. SADT-модель об'єднує і організує діаграми в ієрархічні структури, в яких діаграми нагорі моделі менш деталізовані, ніж діаграми нижніх рівнів. Іншими словами, модель SADT можна представити у вигляді дерева діаграм, де верхня діаграма є найбільш загальною, а самі нижні найбільш деталізовані. На рис. 1-2 представлені дві діаграми з моделі експериментального механічного цеху. Верхня діаграма (на вершині моделі) описує механічний цех як функцію, в основі якої лежить перетворення входять робочих комплектів (заготовок, сировини, документації) в деталі при певному контролі якості. Нижня діаграма деталізує верхню, вказуючи на три головні функції механічного цеху: управління виконанням завдань, виконання завдання і контроль якості виконання. Таким чином, загальна функція, зазначена на верхній діаграмі, деталізується за допомогою трьох функцій на нижній діаграмі. Це приклад того, як SADT організовує опис системи, створюючи ієрархію додаються на кожному рівні деталей.

На рис. 1-2 показано також взаємний вплив трьох функцій нижньої діаграми, позначене дугами, які символізують об'єкти механічного цеху. Якщо ви уважно подивитеся на діаграму, то помітите, що деякі дуги доходять до її кордону. Подивіться ще уважніше і ви побачите, що імена цих дуг збігаються з тими, що вказані на дугах верхній діаграми. Це приклад того, як SADT з'єднує діаграми в моделі через об'єкти системи. Така схема з'єднання вимагає узгодженого найменування та обліку об'єктів системи з тим, щоб дві діаграми можна було розглядати як пов'язані між собою. Наприклад, функціональний блок на верхній діаграмі має сім дуг, і кожна з них може бути знайдена серед дуг, які йдуть до кордону або від кордону діаграми на наступному рівні.

1.6. Резюме

Складнощі, пов'язані з описом багатьох штучних систем, пояснюються тим, що ці системи занадто великі для того, щоб можна було просто перерахувати всі їх компоненти. З іншого боку, вони можуть бути спрощені за рахунок узагальнюючих припущень. Методологія SADT створена спеціально для представлення таких складних систем шляхом побудови моделей. SADT-модель – це опис системи, у якого є єдиний суб'єкт, мета і одна точка зору. Метою служить набір питань, на які повинна відповісти модель. Точка зору – позиція, з якою описується система. Мета і точка зору – це основні поняття SADT. У цьому розділі ми вирішили дати про них побіжне уявлення, залишаючи більш докладний розгляд до глав 5 і 6. Опис моделі SADT організовано у вигляді ієрархії взаємозалежних діаграм. Вершина цієї деревоподібної структури представляє собою саме загальний опис системи, а її основа складається з найбільш деталізованих описів.

Рис 1-2 Дві взаємопов'язаних SADT-моделі

Схожі статті:


Сподобалася стаття? Ви можете залишити відгук або підписатися на RSS , щоб автоматично отримувати інформацію про нові статтях.

Коментарів поки що немає.

Ваш отзыв

Поділ на параграфи відбувається автоматично, адреса електронної пошти ніколи не буде опублікований, допустимий HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

*

*