Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Особенности и проблемы традиционного системного подхода и системного анализа




Традиционный системный подход

Цели и задачи изучения темы

Тема 2. Моделирование и анализ систем. Основные подходы

Резюме по теме

Вопросы для повторения

1. Нарисуйте схему самостоятельного научного направления.

2. Опишите причины возникновения системных исследований.

3. Назовите компоненты системных исследований.

4. Дайте определение системного подхода.

5. Что такое системный анализ?

6. Для решения каких проблем применяется системный анализ?

7. Дайте определения принципам системного подхода.

8. В чем отличия традиционного системного подхода от системологии?

 

В данном разделе рассмотрена структура самостоятельного научного направления, с одной стороны, и системных исследований, с другой. Показано, что системные исследования могут в настоящее время рассматриваться как самостоятельное научное направление. Кроме того, прослежена эволюция системного подхода и его принципов; выявлены различия традиционного системного подхода и системного подхода ноосферного этапа развития науки, т.е. системологии.

Целью изучения данной темы является ознакомление с основными подходами к моделированию и анализу сложных систем: с традиционным системным (системно-структурным) подходом, с объектно-ориентированным подходом и современным системным подходом, соответствующим ноосферному этапу развития науки (системологией).

При этом ставятся следующие задачи:

- ознакомление с проблемами традиционного системного подхода и системного анализа;

- изучение причин существования проблем традиционного системного анализа;

- освоение особенностей объектно-ориентированного подхода;

- обоснование необходимости интеграции системно-структурного и объектно-ориентированного подходов;

- изучение основных понятий системологии;

- сопоставление системологии и основных научно-практических дисциплин, направленных на рационализацию организационных систем (теории организации, логистики и инжиниринга бизнеса), а также системологии и объектно-ориентированного подхода.

Как известно, современным информационным системам (ИС) и информационным технологиям (ИТ) присуща сложность. Она обусловлена, с одной стороны, «неудовлетворительными способами описания поведения больших дискретных систем», а, с другой стороны, слабой структурированностью и «сложностью реальных предметных областей», из которых, в настоящее время, в основном и исходит заказ на разработку [13, с. 22]. При этом считается, что системный анализ сложных объектов является тем средством, которое обеспечивает возможность решения различных научных, деловых, управленческих и производственных слабоструктурированных и слабоформализуемых проблем [14, 15].

Некоторые методы системного анализа, оказавшиеся весьма эффективными в самых различных областях человеческой деятельности, возведены в ранг государственных стандартов по анализу и проектированию сложных объектов и процессов. Например: система стандартов Icam Definition в США или SSADM – методология структурного системного анализа и проектирования, стандартизованная в Великобритании.

В систему стандартов Icam Definition [16, 17, 18], в частности, входит стандарт IDEF0 (FIPS183), предназначенный для создания функциональной модели, отображающей структуру и функции системы, а также потоки информации и материальных объектов, связывающие эти функции. Данный документ представляет собой оформление (по инициативе Министерства обороны США) в виде стандарта технологии анализа сложных систем SADT (Structured Analysis and Design Technique), разработанной в период с 1969 по 1973 годы группой аналитиков во главе с Дугласом Т. Россом.

Эти методы успешно применяются для решения различных задач, например, при управлении финансами, планировании производства, организации материально-технического обеспечения, построении систем диагностики, автоматизации производства и проектирования, организации системы образования, управлении космическими средствами связи и т.д. [19].

Однако, специалисты по консалтингу [20, 21], в обязанности которых входит применение этих методов на практике, и специалисты по разработке программного обеспечения (ПО) [22] оценивают их следующим образом:

- DFD-диаграммы (составная часть технологии 3VM) разработаны для проектирования программного обеспечения и ориентированы на системных аналитиков и программистов и не учитывают особенности восприятия менеджерами своей предметной области. Для описания бизнес-процессов менеджерам требуются более мощные выразительные средства, чем описание входов и выходов на диаграммах потоков данных.

- SADT-технология (стандарт IDEF0) разработана как средство моделирования и анализа любых систем. Однако в настоящее время оказалось, что её выразительных средств недостаточно для моделирования, например ИС. В результате данная технология практически используется относительно редко (менее чем в 10% существующих CASE-средств). Для создания динамических моделей требуется использование дополнительных специальных расширений или других средств, с которыми SADT плохо согласуется.

- SSADM-методология является специализированным средством систематизации и стандартизации процессов (этапов, задач и документов) создания ИС и не предназначена для анализа и моделирования бизнес-систем и бизнес-процессов. Для обеспечения понимания событий, которые происходят в реальном мире и которыми проектируемая система должна управлять, строится модель пользователя, но не бизнес-системы, так как для этого нет необходимых средств.

- Кроме того, стандарты SADT (IDEF0) и SSADM приспособлены только для хорошо специфицированных и стандартизованных «западных» бизнес-процессов, что делает их практически непригодными для отечественного рынка.

Методы системного анализа, основанные на потоковых диаграммах (DFD: предназначенные в первую очередь для моделирования информационных процессов), оцениваются еще и следующим образом: «Диаграммы потоков данных обеспечивают удобное описание функционирования компонент системы, но не снабжают аналитика средствами описания деталей этих компонент, а именно, какая информация преобразуется процессами и как она преобразуется» [20, с. 53]. «Их практическое применение высокоэффективно, как правило, только для отражения информационных структур бизнес-процесса, оптимизация которого проведена уже другими средствами» [23].

Одной из существенных проблем при использовании методологий моделирования IDEF, по мнению, например, специалистов проектировщиков, является дальнейшее использование результатов в практической работе, например при внедрении или создании корпоративной ИС: «Часто оказывается, что применить результаты длительной работы достаточно сложно» [23, 24]. При этом профессиональные аналитики заявляют о несоответствии SADT требованиям «кибернетического стандарта» на моделирование бизнес-процессов [25].

Методология «моделирования в терминах системы», созданная усилиями специалистов BAAN, ориентирована исключительно на разработку программных продуктов и не удобна для описания самих бизнес-процессов [23, 24].

Кроме того, в литературе отмечаются следующие проблемы традиционных методов системного структурного анализа [15, 26 - 28]:

- методы и результаты решения существуют только для относительно простых классов систем, а для более сложных развиваются методы упрощения;

- несмотря на существующие попытки, не достаточно разработаны методы описания процессов адаптации и эволюции систем в связи со слабой изученностью развивающихся и самоорганизующихся систем;

- при наличии возможности описать (до определенного уровня сложности), что представляет собой процесс или объект, не существует способов показать мотивацию, смысл и взаимосвязь между действиями и сущностями, т.е. почему он именно такой;

- «строгие формальные основания этих систем ведут к крайней скудости выразительных возможностей и ограниченности сферы применения» [28, с. 89].

В [29, 30] приведен обзор существующих методов анализа и моделирования сложных систем, в котором относительно самых конструктивных методов, основанных на формализованном представлении системы, отмечается следующее:

- Аналитические методы. Для сложных систем получить требуемые аналитические зависимости очень трудно. Если это даже удается сделать, то практически невозможно доказать правомерность применения аналитических выражений, т.е. адекватность модели рассматриваемой задаче. Популярные же (в связи с разработанностью теории и знакомством с ними большинства исследователей) схемы дифференциальных уравнений, отражая динамику системы, не отражают возможности восприятия системами входных сигналов и выдачи выходных, что является одной из основных особенностей сложных систем.

- Статистические методы. Далеко не всегда можно получить статистические закономерности или доказать правомерность их применения. Определение или получение репрезентативной выборки часто требует недопустимо больших затрат времени.

- Теоретико-множественные представления. Трудно вводить правила или закономерности, формально используя которые, можно получить новые результаты, адекватные реальным моделируемым объектам и процессам.

- Логические методы. Смысловыражающие возможности ограничены базисом и функциями алгебры логики и не всегда позволяют адекватно отобразить реальную проблемную ситуацию.

- Лингвистические, семиотические представления. Трудно гарантировать правильность получаемых результатов из-за возникающих проблем алгоритмической разрешимости.

- Графические представления. Работают только в сочетании с другими подходами.

В работе [31] отмечается, что анализ и моделирование систем с помощью средств моделирования случайных процессов или теории массового обслуживания «…зачастую носят кустарный характер и уже не соответствуют современным запросам практики. Они приводят, по мере возрастания сложности задач, к значительному увеличению трудоемкости подготовки моделей…. Эти обстоятельства снижают эффективность имитационного моделирования и препятствуют его широкому распространению как инструмента повседневного использования…» [31, с. 202].

Как известно, при использовании традиционных методов системного анализа создается обычно три или более вида моделей (3-View Modeling – 3VM: DFD – функциональная диаграмма потоков данных, ERD – информационная диаграмма «сущность-связь», STD – диаграмма переходов состояний [32]) одного и того же объекта, каждая из которых имеет свою понятийную, терминологическую и графическую базу, и при этом применяются разные инструментальные средства [19, 20, 33]. Это обстоятельство приводит к необходимости проведения специального сквозного контроля диаграмм одного или разных типов, т.е. соответственно вертикального и горизонтального балансирования диаграмм, для выявления весьма вероятных ошибок [20]. Данная ситуация обусловлена несовершенством традиционного системного подхода, в рамках которого отсутствуют концептуальные средства, связывающие между собой функцию объекта, его субстанцию (состав элементов), его структуру и динамику процессов.

Рекордисткой в этом отношении является известная инструментальная система анализа и моделирования ARIS Toolset, которая обеспечивает четыре «взгляда» на модель (Процессы, Функции, Данные, Организация) и для каждого взгляда поддерживает три уровня анализа (требования, спецификация, внедрение), каждый из которых состоит из своего комплекта моделей различных типов. Всего инструмент может построить 85 типов моделей, из которых 57 типов предназначено для моделирования процессов. Примечательно, что в работе [34], в которой автор, помимо обзора методов и средств моделирования, явно рекламирует эту систему, подчеркивается необходимость «интеграции результатов моделирования в рамках общего проекта или общей модели».

Существующие методы системного структурного анализа являются либо процедурно-ориентированными, либо ориентированными на данные [19, 20, 22, 33]. Следовательно, результаты, полученные с их помощью, не могут быть эффективно использованы при разработке ПО средствами технологии объектно-ориентированного программирования (object-oriented programming – OOP), которая в настоящее время является основной и самой перспективной.

Более того, установлено (см. например [13]), что все методы системного структурного анализа полностью ортогональны принципам объектно-ориентированного проектирования. Данное обстоятельство обусловлено, например, тем, что традиционные методы системного анализа не обеспечивают выявления иерархии классов предметной области (не используют в рамках своих процедур концептуальных классификационных моделей), а также не поддерживают объектно-ориентированную концепцию инкапсуляции.

Очень показательны для проводимого в данном пункте анализа попытки применения при выполнении объектно-ориентированного проектирования (object-oriented design – OOD) упомянутых выше методов структурного системного анализа (например, 3VM). Относительно конкретных диаграмм, например диаграмм ERD, в [32, с. 24-25] сделаны следующие выводы: «Применение ERD очень выгодно, однако при работе с этими средствами возникают определенные трудности. Во-первых, идентифицированные сущности не всегда соответствуют понятиям области приложения, особенно когда аналитик пытается создать сущности в третьей нормальной форме. Во-вторых, ERD не подходят для идентификации объектов, не хранящих данные; в эту категорию часто попадают, например, объекты, распознающие происхождение событий или осуществляющие функции контроля». В общем, авторы приходят к следующему выводу: «Методы 3VM, весьма полезные для идентификации компонентов или объектов, не позволяют, тем не менее, идентифицировать подходящее множество объектов для разрабатываемой системы. Процесс обнаружения объектов все ещё управляется мнениями, интуицией и инсайтом» [32, с. 26].

Следствием ортогональности системного анализа и OOD является, таким образом, проблема использования результатов анализа при проектировании объектно-ориентированного ПО. Специалисты отмечают, что на этапе анализа лучше использовать методы 3VM, IDEF и т.д., так как «аналитик имеет дело с бизнес-процессами, по сути, являющимися функциями». Однако, с точки зрения проектирования ПО, конечно, необходимо использовать объектные методы (на основе UML) особенно в случае разработки сложных программных приложений. При этом, естественно, «описание бизнес-процессов должно делаться в том же средстве, в котором на последующих этапах работ будет проектироваться ИС» [35 - 37]. Это и создает противоречие.

В настоящее время, существуют проблемы принципиального характера и в рамках самого объектно-ориентированного подхода, а именно при проведении объектно-ориентированного анализа (object-oriented analysis – OOA).

В соответствии с требованиями этой методологии любую систему на этапе анализа необходимо представить в канонической форме. Эта форма представления системы включает в себя две ортогональных иерархии: иерархию объектов и иерархию классов. Предполагается, что такая объектно-ориентированная декомпозиция системы, позволяет вскрыть ее полную архитектуру, т.е. структуру объектов и структуру классов. При этом свойства объектов (их поведение и т.д.) в, так называемой, объектной модели, определяет соответствующий класс в иерархии классов, описывающей моделируемую предметную область.

«Объектно-ориентированная методика позволяет значительно повысить качество и продуктивность разработки программного обеспечения. Однако извлечь из нее выгоду можно только тогда, когда правильно определено множество объектов. Подходящее множество объектов для конкретной области приложения обеспечивает повторное применение системы и возможности ее расширения, а также гарантируют качество и продуктивность потенциальных улучшений, присущих объектно-ориентированной парадигме. Без формальных методов определения объектов разработчики программного обеспечения рискуют остаться просто хакерами на объектном уровне» [32, с. 23].

Однако в литературе по объектно-ориентированному подходу отмечается, что «к сожалению, пока не разработаны строгие методы классификации и нет правила, позволяющего выделять классы и объекты. … Как и во многих технических дисциплинах, выбор классов является компромиссным решением» [13, с. 147]. Неудивительно, поэтому, что основной проблемой OOA и OOD считается отсутствие обоснованного метода «выбора правильного набора абстракций для описания заданной предметной области» [13, с. 56], т.е. метода построения иерархии классов или концептуальной классификационной модели предметной области (или модели онтологии [38]).

Существующие методики OOA на сегодняшний день предлагают эвристические правила идентификации классов и объектов, основанные на опыте классификации в других науках [13], а специалисты по системному анализу дополняют построение диаграмм информационным анализом, основанным на лингвистике (LIA: Linguistic-based Information Analysis) [32].

При этом специалисты по моделированию поведения сложных систем утверждают, что объектно-ориентированный стиль неестественен и не удобен для описания и имитации поведения бизнес-систем. «Для поведенческого моделирования бизнес-систем, особенно на ранних его стадиях, более удобен традиционный процессо-ориентированный структурный стиль мышления с использованием наглядных графо-аналитических выразительных средств» [39, с.8]. По мнению данного автора «эффективное моделирование поведения бизнес-системы может быть осуществлено на основе интеграции процессо- и объектно-ориентированного подходов» [39, с.9].

Специалисты по консалтингу и CASE-технологиям считают, что «диаграммные техники, отражающие специфику объектного подхода, гораздо менее наглядны и плохо понимаемы непрофессионалами» в сравнении с системно-структурными техниками [40, с.44].

Cледует отметить, что оценка перспектив развития методов и средств системного анализа и моделирования в работе [41] и по ныне не утратила своего значения. До сих пор разработка эффективных «проблемно-инвариантных» методов, «допускающих непосредственный перенос в другие прикладные области» вызывает большие трудности. Эти трудности по-прежнему связаны с «усложнением исследуемых систем, их «глобальностью», существенным использованием в них человеческого фактора и, главное, переходом к уникальным проектам», где применение количественных методов анализа в их обычной аналитической форме с применением традиционной логики становится затруднительным. По-видимому, делают вывод авторы названной работы (и это справедливо и в настоящее время), речь идет «не только о способах редукции сложных задач к доступному уровню за счет их жесточайшей специализации, но и о переходе к иным средствам, существенно учитывающим возможности человека-исследователя при описании систем». Решение данной задачи, по мнению авторов, состоит в создании «адаптивных, управляемых проблемно-инвариантных процедур» системного анализа, адекватных характеру изучаемых объектов [41, с. 145-146].

Таким образом, проблемы системного анализа в связи с особенностями объектно-ориентированного подхода могут быть сформулированы следующим образом:

- невозможность моделирования систем высокого уровня сложности, требуемого в настоящее время;

- недостаточный учет динамических аспектов и процессов развития реальных систем;

- ограниченность выразительных возможностей и сфер применения (отсутствие содержательной системной теории целостного объекта);

- невозможность адекватного описания причинно-следственных связей и собственно системных отношений;

- несоответствие требованиям ООА и OOD;

- отсутствие рационального подхода к выбору классов и объектов в ходе системного анализа при разработке объектных приложений.

Это свидетельствует об актуальности создания новых системных методов анализа и моделирования, в том числе для решения проблем объектно-ориентированной методологии, на основе интеграции принципов системного и объектного подходов, а также концептуального классификационного моделирования.

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-12-27; Просмотров: 1337; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.03 сек.