CASE-инструментарий системно-объектного моделирования и анализа

Представление о Business Intelligence отечественных специалистов, например [112], позволяет рассматривать программный CASE-инструментарий моделирования бизнес-систем и бизнес-процессов как разновидность BI-инструментария при условии, если он:

a) обеспечивает «процесс превращения данных в информацию и знания для поддержки принятия улучшенных и неформальных решений»;

b) встраивается в «информационные технологии (методы и средства) сбора данных, консолидации информации и обеспечения доступа бизнес-пользователей к знаниям»;

c) позволяет представлять и систематизировать «знания о бизнесе, добытые в результате углубленного анализа детальных данных и консолидированной информации».

При этом в работах [40, 113] отмечается необходимость разработки «CASE- инструментария, ориентированного на рассматриваемую предметную область», а также то, что «такой инструментарий должен обеспечивать:

1) регистрацию информации по бизнес-процессам;

2) продуцирование высокоуровневых представлений бизнес-процессов;

4) контроль синтаксиса описания бизнес-процессов;

6) анализ и верификацию описаний процессов и формирование соответствующих отчетов;

7) продуцирование спецификаций бизнес-процессов».

Хорошо видно, что реализация при разработке CASE-инструментария требований 1) – 7) приводит к удовлетворению условий b) и c) его соответствия Business Intelligence.

Кроме того, в статье [25] отмечается, что наименьший вред организации принесет инструментарий моделирования, «лишающий разработчика той части «творческих» возможностей, которые ведут к разнообразию представления организационных моделей». При этом степень соответствия этому требованию инструментария, использующего нотацию SADT (IDEF0), оценивается как крайне низкая. Последнее требование непосредственным образом связано с тем, что инструментарий моделирования должен быть средством поддержки принятия решений, а не художественного творчества. Таким образом, реализация этого требования при разработке CASE-инструментария приводит к выполнению условия a) его соответствия Business Intelligence.

Следовательно, можно утверждать, что в настоящее время происходит эволюция части CASE-средств, предназначенных для анализа и моделирования. И в результате этой эволюции CASE-инструментарий моделирования бизнес-систем становится средством для Business Intelligence, т.е. BI-инструментарием.

Рассмотрим инструментарий моделирования бизнеса, олицетворяющий этот эволюционный процесс на практике, т.е. программный инструментарий, автоматизирующий УФО-анализ («UFO-toolkit»). Хотя название данного инструмента легко ассоциируется с аббревиатурой УФО (как и было задумано), в данном случае «UFO» – есть сокращение словосочетания «User Familiar Object» из английского компьютерного словаря, означающего «знакомый пользователю объект» (что также полностью соответствует сути дела).

Данный инструментарий, обеспечивающий проведение системологического (системно-объектного) анализа с помощью концептуальных классификационных моделей, является принципиально новым CASE-средством, впервые представляющим собой программную систему, основанную на знаниях.

Условия работы пользователей CASE-средствами (менеджеров, специалистов по консалтингу, аналитиков, инженеров по знаниям, специалистов по информационным технологиям, архитекторов проектов, разработчиков программного обеспечения), как правило, характеризуются следующим образом:

m преобладание сложных слабоформализованных задач в слабоструктурированных проблемных областях;

m эвристическая природа методов декомпозиции сложных систем и выбора набора абстракций для OOA и моделирования;

m сложность взаимосогласованного учета структурных, субстанциальных и функциональных характеристик систем в динамических моделях;

m отсутствие на рынке «хороших» (подходящих для таких условий) инструментов и высокая цена «удовлетворительных».

Проблемы, с которыми эти пользователи сталкиваются при осуществлении своей профессиональной деятельности следующие:

m отсутствие инструментальных средств системного анализа, которые могут быть применены при объектно-ориентированном проектировании (OOD);

m отсутствие инструментальных средств OOA и OOD, обеспечивающих решение задачи выбора подходящего набора абстракций для объектной декомпозиции и моделирования;

m отсутствие инструментальных средств OOA и OOD, адаптирующихся к предметной области решаемой задачи, т.е. учитывающих семантику предметной области;

m недостаточный уровень автоматизации аналитической деятельности.

Таким образом, наиболее общие и фундаментальные потребности аналитиков и проектировщиков, использующих системный анализ, CASE-технологию и объектно-ориентированный подход, могут быть сформулированы следующим образом:

m производить процедуры анализа и синтеза сложных динамических систем наиболее объективным образом;

m адекватно и взаимосвязано представлять структуру, состав элементов и функций моделируемых систем;

m имитировать функционирование системы на ее объектной модели;

m снизить трудоемкость проектирования (за счет уменьшения числа создаваемых моделей, а также, в частности, за счет единообразного (одними и теми же средствами) представления различных (внешних и внутренних) аспектов организационных систем (бизнес-процессов));

m иметь возможность учета семантики предметной области и семантического взаимодействия с инструментальным средством;

m использовать компонентные технологии при анализе и моделировании.

Описанные выше проблемы и потребности пользователей обусловили основное предназначение инструмента UFO-toolkit и его функциональные возможности. В самых общих чертах инструмент обеспечивает представление любой системы (а также любой ее подсистемы и т.д.) в виде трехэлементной конструкции: «Узел – Функция – Объект» (УФО-элемент). Для выполнения названной функции UFO-toolkit поддерживает классификацию (библиотеку) УФО-элементов, основанную на классификации связей, пересечения которых и образуют «узлы». Таким образом, назначение UFO-toolkit может быть представлено виде UML-диаграммы вариантов использования как показано ниже (см. рис. 5.14).

Рис. 5.14. Диаграмма вариантов использования UFO-toolkit.

Использование UFO-toolkit для моделирования предполагает предварительную специализацию классификации связей и УФО-библиотеки с учетом конкретной предметной области. Это позволяет создавать шаблоны классификаций и библиотеки для различных предметных областей, которые будут обеспечивать процесс моделирования множествами алфавитных УФО-элементов.

Использование инструмента непосредственно для моделирования организационных систем осуществляется следующим образом:

m Построение контекстной модели (объектной К-модели самого верхнего уровня иерархии) анализируемой/проектируемой системы в виде «черного ящика» с указанием входных и выходных связей (функциональных), которые должны быть представлены в классификации связей. Процесс может начинаться либо со стороны классификации связей, либо со стороны контекстной модели.

m Выявление функциональных узлов в структуре моделируемой системы, т.е. узлов, функция которых либо уже известна, либо может быть сформулирована в результате проектирования. Для этого используется таблица, в которой строки обозначаются входными связями, а столбцы – выходными. Эти связи также должны быть представлены в классификации связей. При этом процесс начинается с функциональных связей, показанных на контекстной модели. Если для моделирования используются шаблоны (алфавит) УФО-элементов, то обеспечивается возможность автоматической идентификации известных Инструменту узлов. Если шаблоны не используются или в них нет необходимых в данном случае узлов, то в таблицу добавляются внутренние связи, поддерживающие функциональные, показанные на контекстной модели. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет обеспечен баланс «втекающих» и «вытекающих» потоков/связей контекстной модели. При этом ручная идентификация узлов должна сопровождаться модификацией классификации связей и УФО-библиотеке.

m Построение иерархической объектной О-модели анализируемой или проектируемой системы. Данная модель в процессе анализа/проектирования представляет собой (на каждом уровне иерархии) совокупность взаимосвязанных функциональных узлов, идентифицированных с помощью таблицы. При этом каждому узлу должна назначаться функция (из всех известных и хранимых в УФО-библиотеке вариантов) в максимально возможной степени точно балансирующая данный узел. Для каждой же функции, в конце концов, должен быть указан объект (из всех известных и хранимых в УФО-библиотеке вариантов), реализующий ее оптимальным с точки зрения данного проекта образом. В результате, следовательно, объектная модель системы представляет собой (на каждом уровне иерархии) совокупность взаимосвязанных функциональных объектов.

m Имитация функционирования системы. Данный процесс обеспечивается путем анимации объектной О-модели, которая сводится к визуализации изменения во времени (с возможностью его масштабирования) активностей функциональных объектов.

Схема функционирования UFO-toolkit представлена в виде UML-диаграммы деятельности на рис. 5.15.

В инструменте обеспечена возможность учета при анимации характеристик самих объектов (например: надежности), а также возможность подсчета показателей, позволяющих сравнивать различные варианты объектной модели с точки зрения выбранных для данных узлов функций и для данных функций – объектов (например: временных, стоимостных).

Кроме того, для функций, которые могут быть описаны математически, существует возможность вычисления их значений в ходе имитации, с использованием механизма скриптов. Целью имитации является обнаружение тормозящих или простаивающих связей, функций или объектов, а также определение наилучших структуры и состава проектируемой системы.

5.3.2. Особенности функционирования «UFO-toolkit»

Рассматриваемое программное средство поддержки УФО-технологии системологического (системно-объектного) анализа и моделирования представляет собой CASE-инструмент категории toolkit, использующий базу знаний специальной конфигурации. Эта база знаний включает в себя библиотеку УФО-элементов и классификацию связей, имеет сетевую структуру и хранится в формате XML. Единицей хранения в этой базе является УФО-элемент, который, в свою очередь, является основой как для декомпозиции сложной системы на составные части, так и для процедуры синтеза сложной системы из более простых частей. При этом УФО-элементами моделируются не только функциональные компоненты системы, но и компоненты, выполняющие роль связей. Формально УФО-элемент может быть представлен как класс языка объектного моделирования UML (см. рис. 5.16).

UFO-toolkit, решая задачу построения объектных и имитационных моделей сложных динамических (организационных) систем, характеризуется следующими основными принципиальными особенностями:

m значительное снижение трудоемкости проектирования, за счет увеличения степени автоматизации аналитической деятельности;

m повышение объективности анализа и адекватности моделирования;

m использование при анализе и моделировании компонентной технологии, автоматизирующей процесс создания моделей, путем использования готовых (алфавитных) функциональных объектов, представленных в базе знаний инструмента в виде УФО-элементов;

m обеспечение интеллектуального взаимодействия с пользователем, в частности, путем «узнавания» готовых компонент (УФО-элементов).

UFO-toolkit может быть применен в следующих случаях:

m Построение моделей существующего и планируемого бизнеса при проведении реинжиниринга бизнес-процессов.

m Разработка распределенных информационных систем с применением средства бизнес-объектов CORBA (BOF).

m Разработка технических систем с применением CALS-технологии и системы стандартов STEP.

Наиболее существенные возможности инструмента:

m Объективизация процедур анализа и синтеза сложных динамических систем (в частности, организационных).

m Взаимосвязанные анализ, моделирование и проектирование структуры, состава элементов и функциональных характеристик систем и процессов, в том числе и не имеющих математической интерпретации.

m Возможность объединения различных аспектов рассмотрения системы в одной объектной модели (диаграмме взаимодействия объектов).

m Возможность единообразного построения внешней и внутренней моделей бизнес-системы, описываемых одним и тем же языком моделирования.

m Обеспечение имитации функционирования проектируемой системы в различных вариантах для определения «заторов» и «простоев», а также расчета различных интегральных показателей.

Впервые в практике системных исследований и объектно-ориентированного подхода к разработке информационных систем решена проблема согласования процедур и результатов системного анализа и OOD. Предложены методы и средства, реализующие процедуры УФО-анализа сложных динамических объектов. Данные результаты позволяют использовать CASE-средства нового поколения, представляющие собой программные системы, основанные на знаниях.

5.3.3 Технология представление моделей в «UFO-toolkit»

Первой задачей, решаемой с помощью данного инструмента, в соответствии с методологией УФО-анализа, является построение классификации внешних (функциональных) и внутренних (поддерживающих) связей моделируемой системы путем специализации (итеративной) базовой иерархии связей. На основе данной классификации UFO-toolkit обеспечивает представление любой бизнес-системы (подсистемы и т. д.) в виде УФО-элемента, т.е. трехэлементной конструкции «Узел – Функция – Объект».

Применение системологии к анализу и моделированию бизнеса позволяет создать эффективный метод моделирования бизнес-систем, удовлетворяющий требованиям [25, 40, 113].

Например, АООЗТ (акционерное общество очень закрытого типа) «Рога и копыта» может быть представлено как УФО-элемент следующим образом.

В целом, как узел, АООЗТ является перекрестком связей/потоков представленных на рисунке 5.17 (в наименованиях связей через буквенно-цифровые обозначения показано, как эти связи вписываются в базовую классификацию связей).

Рис. 5.17. - АООЗТ «Рога и копыта» как перекресток входных и выходных связей, т.е. Узел.

Естественно, это представление может быть в любой момент уточнено или дополнено в зависимости от имеющейся информации и целей аналитика.

АООЗТ «Рога и копыта» в целом, как функция, в самом общем виде может быть представлена в виде процесса, изображенного на рисунке 5.18.

Рис. 5.18. - АООЗТ «Рога и копыта» как процесс преобразования входа в выход, т.е. Функция.

Естественно, это представление может и должно быть дополнено описанием этой деятельности как процесса такой степени подробности и формальности, которые соответствуют имеющейся информации и целям анализа.

Как объект АООЗТ «Рога и копыта» в целом может иметь, например, следующие общие характеристики, которые также могут изменяться и дополняться (см. рисунок 5.20):

Декомпозиция АООЗТ «Рога и копыта» на УФО-элементы нижнего уровня может быть осуществлена следующим образом.

С точки зрения узлов она может быть представлена, например, как показано на рисунке 5.21. Естественно, на данном уровне декомпозиции появляются новые связи, не использовавшиеся на уровне общего представления АООЗТ, но также включающиеся теперь в классификацию. В данном случае это: С3.1 – Заявки производственников на расходные материалы и канцтовары; С3.2 – Заявки управленцев на расходные материалы, канцтовары и коммунальные услуги; С4 – Контроль со стороны управления за основной и вспомогательной деятельностью; D2.1 – Отчетность производственного отделения; S4 – Ремонтно-технический персонал для обслуживания. Кроме того, поток Е представляет собой объединение потоков Е1 и Е2 (т.е. родовой по отношению к ним поток), а поток S2 – объединение потоков S2.1 – S2.3 (так же родовой поток).

Рис. 5.21.- Декомпозиция узла, занимаемого АООЗТ «Рога и копыта».

При этом функция в узле УКП, соответствующая основной деятельности АООЗТ, может быть описана, например, как «деятельность по приобретению, транспортировке, хранению и сбыту товара». Объектом, который осуществляет эту деятельность фактически, может быть, например, производственное отделение (подразделения и должностные лица, занятые куплей, транспортировкой, хранением и сбытом товара).

Функция в узле УО, соответствующая вспомогательной деятельности АООЗТ, может быть описана, например как «работа по материально-техническому обеспечению основной и административно-управленческой деятельности АООЗТ». Объектом, который осуществляет эту деятельность фактически, может быть, например, вспомогательное отделение (подразделения и должностные лица, занятые вспомогательной, обеспечивающей деятельностью).

Функция в узле АУУ, соответствующая управленческой деятельности АОЗТ, может быть описана, например как «работа по координации и организации деятельности торгово-закупочного предприятия». Объектом, который осуществляет эту деятельность фактически, может быть, например, управление (подразделения и должностные лица, занимающиеся организацией, планированием, контролем, учетом, отчетностью, а также кадровыми вопросами).

Дальнейшая декомпозиция на УФО-элементы более глубоких ярусов (на узлы функциональные и функциональные объекты) осуществляется до тех пор, пока не будут выявлены узлы, функции в которых имеют четкое (по возможности формализованное) описание, позволяющее сформировать либо положения о конкретных подразделениях, либо инструкции конкретным должностным лицам. При этом должна быть гарантирована возможность существования объектов (людей, подразделений или технических средств), способных выполнить упомянутые функции.

Общее представление об интерфейсе UFO-toolkit отображено на экранной форме (см. рисунок 5.22), показывающей вариант декомпозиции узла купли и продажи товара (УКП) АООЗТ «Рога и копыта».

Рис. 5.22. - Пример экранной формы UFO-toolkit.

Практически могут заранее разрабатываться, сохраняться в библиотеке (репозитарии) и затем использоваться УФО-элементы, моделирующие различные составные части бизнес-системы. Например, для рассматриваемого АООЗТ, могут быть использованы модели в виде УФО-элементов (если они заранее разрабатывались) бухгалтерии, отдела снабжения, отдела сбыта, отдела кадров и т.д. Сборка УФО-модели бизнес-системы из готовых УФО-элементов осуществляется путем использования правил комбинирования УФО-элементами, т.е. правил системной декомпозиции (см. пп. 5.1.2).

При этом обеспечивается учет в одной модели и структурных, и функциональных, и объектных (субстанциальных) характеристик бизнеса (любой системы вообще). Кроме того, представленный метод впервые в практике системного анализа и объектно-ориентированного проектирования информационных систем решает проблему согласования их процедур и результатов.

Компонентный подход к моделированию бизнеса позволяет в значительной степени автоматизировать аналитическую деятельность за счет формирования и использования библиотек (репозитариев) УФО-элементов, а также за счет использования формальных правил сборки конфигураций из этих элементов (построения диаграмм).

На концептуальном уровне библиотеки представляют собой концептуальные модели соответствующих отраслей или частей бизнеса, в которых хранятся их структурные, функциональные и субстанциальные (объектные) характеристики. При этом библиотеки могут содержать не только одиночные УФО-элементы, но и их иерархии, что позволяет повторно использовать готовые подсистемы и системы. Таким образом, библиотеки представляют собой базу знаний специальной конфигурации, в которой хранятся УФО-элементы, соответствующие определенным классам бизнес-систем.

На логическом уровне библиотеки представляют собой фасетные классификации УФО-элементов, основанные на классификации связей. UFO-toolkit строит эти фасетные классификации автоматически, используя заданные диаграммы взаимодействия. Автоматическое построение библиотек на основе модели системы в значительной степени упрощает повторное использование УФО-элементов.

Использование библиотек позволяет накапливать, систематизировать и передавать знания о конкретных предметных областях. Решение конкретной задачи с использованием готовой библиотеки представляет собой достаточно простой и формализованный процесс, что позволяет рассматривать библиотеки УФО-элементов как самостоятельные, имеющие потребительскую стоимость продукты.

Таким образом, можно утверждать, что метод УФО-анализа является знаниеориентированным, а также системным и объектным одновременно.

Как знаниеориентированный, системно-объектный CASE/BI-инструмент нового поколения, UFO-toolkit обладает рядом преимуществ в сравнении, например с BPwin, поскольку позволяет накапливать, систематизировать и использовать в дальнейшем знания о предметных областях, а также полноценно использовать результаты системного анализа бизнеса в ходе объектно-ориентированного проектирования информационной системы.

Сравнение BPwin и UFO-toolkit (с использованием данных о SADT (IDEF0) и DFD нотациях из работ [20, 32]) представлено в таблице.

UFO-toolkit	BPwin
Использование формализованных средств (правил) для построения и модификации визуальных графоаналитических моделей, что существенно сокращает разнообразие представления организационных систем (бизнес-систем).	Отсутствие правил и методических рекомендаций по построению моделей организационных систем (бизнес-систем), которые бы сокращали разнообразие получаемых результатов.
Возможность поддержки содержательной классификации связей, что позволяет сориентировать инструмент на любую конкретную предметную область. Модели являются формально-семантическими.	Не имеется средств ориентирования на конкретную предметную область. Модели имеют совершенно формальный характер.
Поддержка компонентной технологии моделирования и проектирования вследствие наличия репозитария/библиотеки, что обеспечивает возможность учета, систематизации и передачи знаний о предметной области.	Отсутствует возможность применение компонентной технологии моделирования, а также возможность учета, систематизации и передачи знаний о предметной области.
УФО-анализ и инструмент UFO-toolkit согласуются с требованиями объектно-ориентированной технологии проектирования информационных систем и позволяют упростить начальные технологические процессы разработки объектных приложений.	Результаты, полученные при моделировании бизнес-процессов в BPwin малопригодны для использования при создании объектно-ориентированного программного обеспечения.
Структурные, функциональные и объектные (субстанциальные) аспекты рассмотрения бизнес-системы объединены в одной системно-объектной УФО-модели.	Все системно-структурные методы, реализованные в BPwin, требуют построения двух или трех моделей одного и того же объекта: функциональной (активностной), информационной (данных), а также динамической.
УФО-анализ обеспечивает автоматизацию построения диаграмм взаимодействия УФО-элементов (декомпозиции) с использованием библиотек по заданной контекстной УФО-модели.	Не существует перспектив автоматизации декомпозиции моделей.
Динамическая модель есть результат активизации (анимации) статической модели взаимодействия объектов системы; привлечения других средств не требуется.	Для создания динамических моделей требуется использование дополнительных специальных расширений или других средств, с которыми технологии, реализованные в BPwin, плохо согласуются.