Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современные методы моделирования бизнес-процессов 11
1.1 Формальные модели бизнес-систем 11
1.2 Математические основы моделирования и оптимизации организационных систем 18
1.3 Использование сетей петри для моделирования организационных систем 22
1.4 Методология проектирования ИС 27
1.5 Методики моделирования стандартов IDEF 34
1.6 Модели AWS 37
1.7 Унифицированный язык моделирования (UML) 46
Выводы к Главе 1 54
Глава 2 Выделение уровней абстракции модели бизнес-процессов по признаку дискретности результатов 58
2.1 Введение 58
2.2 Необходимость введения метода 59
2.3 Группы средств моделирования систем 60
2.4 Описание метода выделения уровней абстракции моделей бизнес-процессов 65
2.5 Реализации метода на примере мебельного производства 70
2.6 Выводы к ГЛАВЕ 2 74
Глава 3... Идентификация параметров модели бизнес-процессов на основе функционирования АСУ ...76
Введение 76
3.1 Прямая идентификация параметров бизнес-модели 80
- Формальные модели бизнес-систем
- Использование сетей петри для моделирования организационных систем
- Методология проектирования ИС
- Унифицированный язык моделирования (UML)
Введение к работе
Актуальность темы исследования
Совершенствование деятельности организаций требует применения современных средств и методов организационного управления. Повышение качества выпускаемой продукции невозможно без создания всеобъемлющей системы качества и совершенствования деятельности как организации в целом, так и отдельных ее участников. [25, 31, 43]. В основе такой системы лежат международные стандарты качества серии ISO 9000, в которых одним из важных факторов, обеспечивающих снижение непроизводительных материальных, финансовых затрат, повышение управляемости организации, и, наконец качества продукции, является совершенствование деловых процессов и внедрение в деятельность организации современных информационных технологий [26].
Научной основой решения данного класса задач является аппарат прикладного системного анализа, а практической основой - применение процедур системного анализа деятельности и соответствующих инструментальных средств для создания автоматизированных систем управления (АСУ).
Основой накопления формализованных знаний об объекте являются его модели, позволяющие абстрагироваться от ненужных деталей, но при этом представить содержательное описание объекта, достаточное для решения поставленной задачи. Эти модели создаются с помощью CASE-средств и позволяют описывать различные аспекты функционирования бизнес-процессов. Кроме того, на основе таких моделей осуществляется разработка программного и информационного обеспечения АСУ.
Созданию моделей бизнес-процессов посвящено большое количество работ как зарубежных так и российский авторов. Однако имеется целый ряд нерешенных проблем, относящихся к области системного анализа, которые сдерживают практическое использование таких моделей. Среди них можно выделить следующие.
-Идентификация параметров моделей бизнес процессов на основе учетных данных АСУ.
-Прогнозирование хода бизнес-процессов на основе моделей с целью уменьшения числа точек контроля в системе и повышения эффективности организационного управления.
-Оптимизация системы моделей путем выделения уровней абстракции описания бизнес-процессов.
-Исследование поведения организационных систем с помощью событийных моделей с использованием формализмов и инструментальных средств раскрашенных сетей Петри (Colored Petri Nets - CPN).
Данная работа посвящена решению перечисленных проблем.
Объектами исследования являются модели бизнес-процессов различного уровня, создаваемые с помощью современных инструментальных средств -ARIS, IDEFO, IDEF3, CPN.
Цель и задачи исследования
Как указывалось выше, процесс совершенствования деятельности предприятия является бесконечным и в большей степени отражает состояние капитала некоторого субъекта экономики, нежели состояние некоторого предприятия. На сегодняшний день условие постоянного роста стоимости бизнеса может быть выполнено путем постоянного контроля качества предлагаемых товаров (услуг, работ) при цене, соответствующей потребительной стоимости. Действительно, преобразование бизнес-процессов организации и их автоматизация позволяют снижать издержки производства, повышать качество обслуживания клиентов, но оценивать этот процесс необходимо с точки зрения роста стоимости капитала, т.е. увеличения отдачи от капитала, вложенного в производство.
Для решения этой задачи необходимо выявить связь между результатми бизнес-процессов на основе данных АСУ (учетная подсистема) и входными параметрами процесса моделирования с целью постоянного совершенствования.
Однако улучшение деятельности невозможно без идентификации численных значений параметров модели. Задача идентификации параметров экономической системы, описанной формальной графической моделью, может быть решена путём выполнения следующих исследований.
-Сопоставление между деревом функций модели и категоризацией видов деятельности в учетной системе.
-Отражение в учетной системе расхода ресурсов на выполнение операций (бизнес-функций). Анализ состава первичных документов при управлении предприятием.
-Полное сопоставление модели деятельности и учётной системы предприятия путём привязки учётных данных, возникших в АСУ по результатам деятельности, к модели бизнес-процессов предприятия (организации).
Таким образом, разработка модели бизнес-процессов и ее оценка является основным и начальным моментом повышения эффективности деятельности промышленного предприятия.
Цель работы
Целью работы является создание методики идентификации и прогноза значений параметров моделей экономических систем класса малого - среднего предприятия на основе данных АСУ.
Задачи исследования
-Оценка последствий реализации мероприятий по организационному совершенствованию экономической системы на основе показателя роста стоимости капитала компании (увеличение отдачи от вложенного в производство капитала).
-Обзор и сравнительный анализ методов формального описания и численного моделирования экономических систем.
-Описание технологии сопоставления данных АСУ (учет результатов) и числовых параметров формальных моделей бизнеса (IDEF, ARIS) с целью постоянного совершенствования функционирования бизнес-системы.
-Идентификация численных значений параметров модели бизнес-процессов, включающая следующие подзадачи.
a. Сопоставление дерева функций моделей и категоризации видов деятельности в учетной системе.
b. Отражение в учетной системе расхода ресурсов на выполнение операций (бизнес-функций). Анализ состава первичных документов при управлении предприятием.
c. Полное "сопоставление модели деятельности и учётной системы предприятия путём привязки учётных данных, возникших в АСУ по результатам деятельности, к модели бизнес-процессов предприятия (организации).
-Прогноз поведения организационных систем на базе их формальных моделей деятельности с использованием математического аппарата обыкновенных и раскрашенных сетей Петри.
Методы исследования
Методом исследования является прикладной системный анализ как совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам в различных областях. В ходе проведения исследований использовались труды отечественных и зарубежных ученых в области теории систем, системного анализа, математического моделирования, теории вероятностей, теории информации и информационных технологий. В работе использовались следующие методы и соответствующие инструментальные средства:
-методы построения формальных моделей бизнес-систем (IDEF, ARIS);
-методы проектирования автоматизированных информационных систем (АИС);
-математический аппарат обыкновенных и раскрашенных сетей Петри.
Положения, выносимые на защиту
1 .Выделение уровней абстракции бизнес-модели на основе дискретности результатов позволяет строить полные и неизбыточные модели бизнес-процессов, пригодные для исследования бизнес-системы в виде единого событийного ПОЛЯ.
2.Интерполяция данных бизнес-системы на основе формальной модели бизнеса и имеющихся учётных данных позволяет минимизировать количество точек учёта и тем самым сократить затраты на разработку, внедрение и эксплуатацию АИС с сохранением требуемой достоверности информации.
3.Перевод событийных моделей (ARIS еЕРС, IDEF3) в раскрашенную меть Петри.
4.Моделирование поведения бизнес-систем на базе раскрашенных сетей Петри, соответствующих событийным формальным моделям, позволяет прогнозировать динамику исследуемых систем, решать задачу прямой и обратной достижимости по материальным ресурсам и мощностям, выбирать оптимальные сценарии управления в заданных ограничениях.
Научная новизна работы
1 .Разработан новый набор соглашений о моделировании, заключающихся в выделении уровней абстракции при моделировании бизнес-процессов на основе дискретности результата процесса. Подход позволяет создать полные и неизбыточные описания организационных систем в виде формальных графических моделей (IDEF, ARIS).
1.Разработан новый метод оптимизации экономических параметров про- ф ектов внедрения АИС путем исключения части учетных точек АИС. При этом
измеренные показатели заменяются на прогнозные, полученные в результате основанного на событийной логике моделируемой системы расчета.
2.Разработан новый метод перевода событийной бизнес-модели (ARIS еЕРС, IDEF3) в раскрашенную сеть Петри.
3.Разработан новый метод исследования динамики бизнес-систем путем интерпретации в терминах предметной области дерева разметок сети Петри, • моделирующей организационную систему.
Практическая ценность
Определенную практическую ценность имеет предложенный в общем виде метод оптимизации структуры АИС, выражающегося в сокращении затрат на внедрение АИС без потери качества управления (оптимизация управления по критерию минимизации стоимости владения).
Практическая ценность метода выделения уровней абстракции на основе дискретности результата заключается в возможности создания полных и неизбыточных описаний организационных систем в виде формальных графических моделей (IDEF, ARIS). Метод может быть применен при описании бизнс-системы любой предметной области, и, таким образом, является универсальным.
Подтверждением практической значимости полученных результатов является применение результатов исследования в следующих компаниях.
Торговая компания ООО «Алко-Альянс» (описаны процессы и внедрена система учета сроков годности - на основе эмулирования точки учета - Успешное использование результатов на практике (Акт о внедрении ООО «Алко-Альянс», подтверждающий адекватность полученных данных (экспериментальных) учетным с требуемой достоверностью). Система разработана на базе информационной системы 1С предприятие 7.7 - получен акт ввода системы в промышленную эксплуатацию.
-Деревообрабатывающее предприятие ООО фирма «Мастер» (произведено прогнозирование деятельности создаваемого предприятия на основе формальной модели с использованием аппарата сетей Петри - Соответствием расчётных результатов, полученных при анализе ООО фирма «Мастер», экономическому прогнозу, рассчитанному классическими методами прогноза результатов бизнес-проектов).
-Мебельное предприятие «Шатура-мебель» (исследована модель бизнес-процессов с условием дискретности результата).
Достоверность
Достоверность полученных результатов и выводов обеспечивается следующими факторами:
1 .Достоверность идентификации параметров моделей бизнес-процессов обеспечивается использованием первичных учетных данных АСУ по принципу однократного ввода и многократного использования информации.
2.Достоверность интерполяции данных в эмулируемых контрольных точках обеспечивается перекрестным контролем соответствия эмулируемых данных и учетных данных по агрегированным показателям. По результатам внедрения ПО, основанного на методе эмулирования контрольной точки, отклонение эмулированных данных от фактических по агрегированным показателям составляет менее 3%.
3 .Достоверность данных динамического моделирования с использованием сетей Петри обеспечивается соответствием данных с результатами традиционных прогнозных методов (бизнес-планирование).
4.Учет современных работ по моделированию бизнес-процессов
5.Использование современных методологий моделирования Апробация работы Основные положения работы были апробированы на следующих конференциях:
б.Всероссийские научно-практические конференции «Лесной и химический комплексы: проблемы и решения», г. Красноярск, 2003, 2004 г.г.
7.XXXIX Международная студенческая конференция - Новосибирск, 2002 (работа удостоена дипломом II степени).
8.Краевая конференция - Интеллект 2001. Красноярск, 2001
9.XXXIX Международная студенческая конференция. -Новосибирск, 2001 (работа удостоена дипломом III степени).
10.Межрегиональный фестиваль «Молодежь и наука - третье тысячелетие», - Красноярск, 2000
Автором в 2001 г. была получена поддержка КРО НС «Интеграция».
Формальные модели бизнес-систем
Наблюдение, анализ и моделирование являются средствами познания и прогнозирования процессов, явлений и ситуаций во всех сферах объективной действительности. Сущностью системы управления предприятием с точки зре ния отражения условий управляемости последним является установление и 0 описание взаимосвязей и взаимозависимостей между наиболее существенными факторами и характеристиками предприятия. Следует подчеркнуть тот факт, что предприятие с точки зрения управляемости рассматривается как производ ственно-экономическая система, т.е. предприятие рассматривается как объект управления. Таким образом, под бизнес-системой в дальнейшем мы будем по нимать организационную (активную) систему. щ Описание модели организационной (активной) системы (ОС) определяет ся заданием [35, 48, 50, 55]:
-состава ОС (участников, входящих в ОС, то есть ее элементов);
-структуры ОС (совокупности информационных, управляющих, технологических и других связей между участниками ОС); -множеств допустимых стратегий участников ОС, отражающих, в том числе, институциональные, технологические и другие ограничения их совместной деятельности;
-целевых функций участников ОС, отражающих их предпочтения и интересы;
-информированности - той информации, которой обладают участники ОС на момент принятия решений о выбираемых стратегиях;
-порядка функционирования: последовательности получения информации и выбора стратегий участниками ОС.
Управление ОС, понимаемое как воздействие на управляемую систему с целью обеспечения требуемого ее поведения, может затрагивать каждый из шести перечисленных параметров ее модели. Следовательно, первым основанием системы классификаций механизмов управления ОС (процедур принятия управленческих решений) является предмет управления - изменяемая в процессе и результате управления компонента ОС. По этому основанию можно выделить: управление составом [65, 67, ], управление структурой [68], институциональное управление (управление "допустимыми множествами") [72, 81], моти-вационное управление [73] (управление предпочтениями и интересами) информационное управление (управление информацией, которой обладают участники ОС на момент принятия решений) [64, 86] и управление порядком функционирования (управление последовательностью получения информации и выбора стратегий участниками ОС) [87].
Простейшая (базовая) модель ОС состоит из одного управляемого субъекта - агента - и одного управляющего органа - центра, которые принимают решения однократно и в условиях полной информированности. Расширениями базовой модели являются: динамические ОС (в которых участники принимают решения многократно - расширение по предмету управления "пбрядок функционирования"), многоэлементные ОС (в которых имеется несколько агентов, принимающих решения одновременно и независимо - расширение по предмету управления "состав"), многоуровневые ОС (имеющие трех- и более уровневую иерархическую структуру - расширение по предмету управления "структура"), ОС с распределенным контролем (в которых имеется несколько центров, осуществляющих управление одними и теми же агентами - расширение по предмету управления "структура"), ОС с неопределенностью (в которых участники не полностью информированы о существенных параметрах - расширение по предмету управления "информированность"), ОС с ограничениями совместной деятельности (в которых существуют глобальные ограничения на совместный выбор агентами своих действий - расширение по предмету управления "множества допустимых стратегий"), ОС с сообщением информации (в которых одним из действий агентов является сообщение информации друг другу и/или центру - расширение по предмету управления "множества допустимых стратегий").
Таким образом, вторым основанием системы классификаций могут также служить расширения базовой модели - наличие или отсутствие (в скобках указаны дополнительные признаки):
-динамики [91] (число и взаимосвязь периодов функционирования, дальновидность участников ОС, режим управления);
-множества взаимосвязанных агентов [94];
-многоуровневости [92];
-распределенного контроля [98];
-неопределенности [96] (тип неопределенности - внешняя, внутренняя, игровая; вид неопределенности - интервальная, вероятностная, нечеткая; процедура устранения неопределенности, в том числе, игровой, то есть концепция решения игры);
-ограничений совместной деятельности [105];
-сообщения информации [109, 112, 100].
Третьим основанием системы классификаций является метод моделирования, поэтому можно выделить механизмы управления, основывающиеся на оптимизационных [46] и теоретико-игровых моделях [89, 90, 93].
Механизмы, основывающиеся на теоретико-игровых моделях, в свою очередь, подразделяются на механизмы, использующие аппарат [56, 63]: некоопе 14 ративных игр [40], кооперативных игр [38, 39], повторяющихся игр [38, 39], иерархических игр [36] и рефлексивных игр [36].
Механизмы, основывающиеся на оптимизационных моделях, в свою очередь, подразделяются на механизмы, использующие аппарат: теории вероятностей (теория надежности, теория массового обслуживания, теория статистических решений), теории оптимизации - линейное и нелинейное (а также стохастическое, целочисленное динамическое и др.) программирование, оптимальное управление; дискретной математики - в основном, теория графов (транспортная задача, задача о назначении, выбор кратчайшего пути, календарно-сетевое планирование и управление, задачи о размещении, распределение ресурсов на сетях и т.д.).
Четвертым основанием системы классификации механизмов управления ОС являются функции управления, реализацию (решение) которых призван обеспечить тот или иной механизм.
В процессном управлении [32, 71] выделяют следующие основные функции: планирование, организация, мотивация (стимулирование) и контроль.
В проектном управлении [47, .110], в соответствии с фазами жизненного цикла проекта:
-начальная фаза (концепция): сбор исходных данных и анализ существующего состояния; определение целей задач, критериев, требований и ограничений (внешних и внутренних) проекта, экспертиза основных положений, утверждение концепции проекта;
-фаза разработки: формирование команды, развитие концепции и основного содержания проекта, структурное планирование, организация и проведение торгов, заключение договоров и субдоговоров с основными исполнителями, представление проектной разработки и ее получение одобрения;
-фаза реализации проекта: ввод в действие разработанной на предыдущих фазах системы УП, организация выполнения работ, ввод в действие системы мотивации и стимулирования исполнителей, оперативное планирование, управление материально-техническим обеспечением, оперативное управление; -завершающая фаза: планирование процесса завершения проекта, проверка и испытание результатов реализации проекта, подготовка персонала для эксплуатации результатов реализации проекта, их сдача заказчику, реализация оставшихся ресурсов, оценка результатов и подведение итогов, расформирование команды проекта.
Использование сетей петри для моделирования организационных систем
Среди многих методов моделирования дискретных параллельных схем выделился подход, основанный на использовании сетей специального вида и предложенный Карлом Петри в 1962 году для моделирования асинхронных информационных потоков в системах обработки данных. Эта методология, получившая название сетей Петри, была развита в последующие годы многочисленными исследователями и получила широкое распространение. Достаточно полная библиография работ по сетям Петри содержится в монографиях [34, 74].
Большой вклад в развитие теории сетей Петри внесли отечественные ученые, в частности, математики из Новосибирского научного центра во главе с В.Е. Котовым [74]. В достаточно простой форме теория и практические методы применения сетей Петри изложена в работе Г. А. Доррера [67].
В последние годы получила распространение теория так называемых сетей Петри высокого уровня, которая изложена, например, в трехтомной работе Курта Йенсена [16]. Эта разновидность сетей Петри позволяет моделировать весьма сложные дискретные динамические системы, а их описание представлено с помощью специализированного алгоритмического языка. Сеть Петри в настоящей работе является рабочим аппаратом.
Сеть Петри - это математическая модель дискретных динамических систем (параллельных программ, операционных систем, ЭВМ и их устройств, сетей ЭВМ), ориентированная на качественный анализ и синтез таких систем (обнаружение блокировок, тупиковых ситуаций и узких мест, автоматический синтез параллельных программ и компонентов ЭВМ и др.).
Формально в терминах теории систем[16, 33, 59] сеть Петри (Petri Net -PN) - это набор элементов (кортеж) В этом определении = {е = 0,1,2,...} - множество дискретных моментов времени; P = {p,,p2,..-,p„) - непустое множество элементов сети, называемых позициями (местами); Т = [t,,t2,...,tm) - непустое множество элементов сети, называемых переходами. Множества позиций и переходов не пересекаются: РпТ=0. функция инцидентности, F:(PxT)Kj(TxP)- {0,l,2,...,k,...}, (2) где к - кратность дуги. Мо- начальная маркировка позиций: М0: Р - [0,1,2,..). Функция инцидентности может быть представлена в виде F = FP{JF и фактически задает два отображения:
1) Fp(p,t) = PxТ - [0,1,2,..), т.е. для каждой позиции указываются связанные с ней переходы (с учетом их кратности);
2) F (t,p) = TxP- [0,1,2,..), т.е. для каждого перехода указываются связанные с ним позиции (также с учетом кратности).
Эти функции, в общем случае зависящие от времени, могут быть представлены матрицами инцидентности
Из вершины - позиции Pi е Р ведет дуга в вершину - переход t. є Т тогда и только тогда, когда ftf 0. В этом случае говорят, что t}- выходной переход позиции рг
Множество всех позиций рк для которых tj- выходной переход, будем обозначать PJ. Иными словами, PJ =\рк: f о].
Аналогично из каждой вершины перехода tj є Т дуга ведет в вершину - позицию Р;Р, тогда и только тогда, когда fj. 0. При этом говорят, что p.t- выходная позиция перехода t}.
Множество всех переходов t,, для которых р{ - выходная позиция, будем обозначать Т. Таким образом, Т - \t: f/t о]. При ff 0 и f 0 эти величины называются кратностью соответствующих дуг.
Каждая позиция р, є Р может содержать некоторый целочисленный ресурс \х(р) 0, часто отображаемый соответст-вующим числом точек (фишек) внутри позиции (см. рис. 1). Вектор М называют маркировкой (разметкой) сети Петри. Каждая маркировка это отображение М:Р {0,1,2,...}. (5) Начальная маркировка М0 определяет стартовое состояние сети Петри.
Динамика поведения моделируемой системы описывается в терминах функционирования сетей Петри. Как было сказано, сеть функционирует в дискретном времени х = 0,1,2,...в асинхронном режиме, переходя от одной маркировки к другой.
Смена маркировок (начиная с М0) происходит в результате срабатывания переходов сети. Переход tj є Т может сработать при маркировке М, если для всех р, є PJ выполняется условие т.е. если каждая входная позиция для данного перехода pt єPJ содержит как минимум столько фишек, какова кратность ведущей к tj дуги.
В результате срабатывания перехода tj в момент времени 0 маркировка м(в) сменяется маркировкой м(д + і) по правилу:
Иными словами, переход t изымает из каждой своей входной позиции число фишек, равное кратности входных дуг и посылает в каждую свою выходную позицию число фишек, равное кратности выходных дуг.
Если может сработать несколько переходов, то срабатывает один, любой из них. Функционирование сети останавливается, если при некоторой маркировке (тупиковая маркировка) ни один из ее переходов не может сработать. При одной и той же начальной маркировке сеть Петри может порождать, в силу недетерминированности ее функционирования, различные последовательности срабатывания ее переходов. Эти последовательности образуют слова в алфавите Т.
Множество всевозможных слов, порождаемых сетью Петри, называют языком сети Петри. Две сети Петри эквивалентны, если порождают один и тот же язык.
В отличие от конечных автоматов, в терминах которых описываются глобальные состояния систем, сети Петри концентрируют внимание на локальных событиях (переходах), локальных условиях (позициях) и локальных связях между событиями и условиями. Поэтому в терминах сетей Петри более адекватно, чем с помощью автоматов, моделируется поведение распределенных асинхронных систем.
Формальное определение сети Петри, изложенное выше, полностью определяет ее функционирование.
Однако при решении конкретных инженерных задач удобнее и нагляднее графическое представление этих сетей.
Поэтому ниже функционирование сетей Петри изложено с позиции теории графов. Теоретико-графовым представлением сети Петри является двудольный ориентированный мультиграф сети Петри.
Этот граф содержит:
-позиции (места), обозначаемые кружками;
-переходы, обозначаемые планками;
-ориентированные дуги (стрелки), соединяющие позиции с переходами и переходы с позициями. Кратные дуги обозначаются несколькими параллельными дугами. Благодаря наличию кратных дуг сеть Петри есть мультиграф. Благодаря двум типам вершин граф называется двудольным. Поскольку дуги имеют направление, граф является ориентированным. Пример такого мультиграфа показан на рисунке 1 [69]. Мультиграф сети Петри Для сети, изображенной на этом рисунке, матрицы инцидентности имеют вид: Начальная маркировка, как видно из рисунка М0 = [2,2,0]. Нетрудно видеть, что матричное и графовое представления взаимно однозначно соответствуют друг другу. В случае большой кратности дуг эту кратность можно указывать цифрами на соответствующей дуге.
Методология проектирования ИС
В начале 70-х годов в США было отмечено явление под названием «software crisis» (кризис программирования) [57]. Это выражалось в том, что большие проекты стали выполняться с отставанием от графика или с превышением сметы расходов, разработанный продукт не обладал требуемыми функциональными возможностями, производительность его была низка, качество получаемого программного обеспечения не устраивало потребителей. [1, 9] Перманентный "software crisis" стал катализатором появления целого ряда серьезных подходов и методов,, направленных на совершенствование и упорядочивание процесса разработки с тем, чтобы разрешить классическую триаду проблем с ПО при особом упоре на управление качеством. Эти подходы вошли в учебники; некоторые из них достигли такой степени зрелости, что оформились в виде множества процедур обеспечения качества, ядро которых вошло в международный стандарт ISO-9000 [17, 27, 29]. Предложены подробно разработанные технологические и организационные методики по улучшению процесса разработки [101]. Наиболее признанной из них стала предложенная Американским Институтом Программной Инженерии (Software Engineering Institute - SEI) модель зрелости процесса разработки ПО (Capability Maturity Model - СММ).
Модель SEI СММ позволяет на основе оценки принятых в данной организации процессов разработки отнести ее к одному из пяти уровней [4]. Целый ряд известных фирм - производителей ПО посчитали нужным пройти формальную процедуру сертификации на соответствие принятой у них технологии одному из уровней SEI СММ или стандарту ISO 9000-3. Комментаторы между тем глубокомысленно рассуждают, сколько процентов компаний можно отнести к начальному ("Initial") уровню SEI СММ, при котором царит полная технологическая анархия (имеются оценки, что на этом уровне находятся 85% фирм [12, 99]), а сколько к наивысшему - пятому ("Optimized"), которых считанные единицы (здесь преуспели, в частности, подразделения корпорации Motorola).
Та же SEI СММ создавалась с целью получения обоснованных процедур оценки и последующего развития технологии в тех организациях, которые претендуют на получение заказов по разработке имеющих оборонное значение проектов. Это делалось с подачи Министерства Обороны США (кстати и SEI как таковой находится на бюджете Пентагона). Соответственно SEI СММ в полной мере применима к фирмам, разрабатывающим сложные, часто встроенные и работающие в реальном времени системы с длительным временем жизни, где дефекты в ПО могут иметь критическое значение: например, бортовое ПО, используемое на американских космических "челноках", с объемом в три миллиона строк кода, содержит менее одной ошибки в расчете на 10 тыс. строк кода (разработка одного из подразделений IBM [8]).
Жизненный цикл, моделиЖЦПО
К настоящему времени наибольшее распространение получили следующие две основные модели ЖЦ:
-каскадная модель (70-85 г.г.);
-спиральная модель (86-90 г.г.).
В изначально существовавших однородных ИС каждое приложение представляло собой единое целое. Для разработки такого типа приложений применялся каскадный способ. Его основной характеристикой является разбиение всей разработки на этапы, причем переход с одного этапа на следующий происходит только после того, как будет полностью завершена работа на текущем (рис. 2). Каждый этап завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков.
Положительные стороны применения каскадного подхода заключаются в следующем [5]:
-на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;
-выполняемые в логичной последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.
Основным недостатком каскадного подхода является существенное запаздывание с получением результатов. Согласование результатов с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ, требования к ИС "заморожены" в виде технического задания на все время ее создания.
Для преодоления перечисленных проблем была предложена спиральная модель ЖЦ [13], делающая упор на начальные этапы ЖЦ: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов.
Основная проблема спирального цикла - определение момента перехода на следующий этап. Для ее решения необходимо ввести временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла. Переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. План составляется на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков.
Спиральная модель жизненного цикла
Основным нормативным документом, регламентирующим ЖЦ ПО, является международный стандарт ISO/IEC 12207 [20] (ISO - International Organization of Standardization - Международная организация по стандартизации, IEC - International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике). Он определяет структуру ЖЦ, содержащую процессы, действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО.
Структура ЖЦ ПО по стандарту ISO/IEC 12207 базируется на трех группах процессов:
-основные процессы ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);
-вспомогательные процессы, обеспечивающие выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит, решение проблем);
-организационные процессы (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).
Разработка включает в себя все работы по созданию ПО и его компонент в соответствии с заданными требованиями, включая оформление проектной и эксплуатационной документации, подготовку материалов, необходимых для проверки работоспособности и соответствующего качества программных продуктов, материалов, необходимых для организации обучения персонала и т.д. Разработка ПО включает в себя, как правило, анализ, проектирование и реализацию (программирование).
Эксплуатация включает в себя работы по внедрению компонентов ПО в эксплуатацию, в том числе конфигурирование базы данных и рабочих мест пользователей, обеспечение эксплуатационной документацией, проведение обучения персонала и т.д., и непосредственно эксплуатацию, в том числе локализацию проблем и устранение причин их возникновения, модификацию ПО в рамках установленного регламента, подготовку предложений по совершенствованию, развитию и модернизации системы
Унифицированный язык моделирования (UML)
В рамках языка UML все представления о модели сложной системы фиксируются в виде специальных графических конструкций, получивших название диаграмм. В терминах языка UML определены следующие виды диаграмм [30, 21,22,23,97,41]:
Диаграмма вариантов использования (use case diagram) -Диаграмма классов (class diagram) -Диаграммы поведения (behavior diagrams) о Диаграмма состояний (statechart diagram) о Диаграмма деятельности (activity diagram) о Диаграммы взаимодействия (interaction diagrams) о Диаграмма последовательности (sequence diagram) о Диаграмма кооперации (collaboration diagram) -Диаграммы реализации (implementation diagrams) о Диаграмма компонентов (component diagram) о Диаграмма развертывания (deployment diagram) Из перечисленных выше диаграмм некоторые служат для обозначения двух и более других подвидов диаграмм [42].
Диаграмма вариантов использования
Суть данной диаграммы состоит в следующем: проектируемая система представляется в виде множества сущностей или актеров, взаимодействующих с системой с помощью так называемых вариантов использования. При этом актером (actor) или действующим лицом называется любая сущность, взаимодействующая с системой извне. Это может быть человек, техническое устройство, программа или любая другая система, которая может служить источником воздействия на моделируемую систему так, как определит сам разработчик. В свою очередь, вариант использования (use case) служит для описания сервисов, которые система предоставляет актеру. Другими словами, каждый вариант ис 47
пользования определяет некоторый набор действий, совершаемый системой при диалоге с актером. При этом ничего не говорится о том, каким образом будет реализовано взаимодействие актеров с системой.
В самом общем случае, диаграмма вариантов использования представляет собой граф специального вида, который является графической нотацией для представления конкретных вариантов использования, актеров, возможно некоторых интерфейсов, и отношений между этими элементами. При этом отдельные компоненты диаграммы могут быть заключены в прямоугольник, который обозначает проектируемую систему в целом. Следует отметить, что отношениями данного графа могут быть только некоторые фиксированные типы взаимосвязей между актерами и вариантами использования, которые в совокупности описывают сервисы или функциональные требования к моделируемой системе. Диаграмма классов
Диаграмма классов представляет собой некоторый граф, вершинами которого являются элементы типа "классификатор", которые связаны различными типами структурных отношений. Следует заметить, что диаграмма классов может также содержать интерфейсы, пакеты, отношения и даже отдельные экземпляры, такие как объекты и связи. Когда говорят о данной диаграмме, имеют в виду статическую структурную модель проектируемой системы. Поэтому диаграмму классов принято считать графическим представленном таких структурных взаимосвязей логической модели системы, которые не зависят или инвариантны от времени.
Диаграмма состояний
Главное предназначение этой диаграммы — описать возможные последовательности состояний и переходов, которые в совокупности характеризуют поведение элемента модели в течение его жизненного цикла. Диаграмма состояний представляет динамическое поведение сущностей, на основе спецификации их реакции на восприятие некоторых конкретных событий. Системы, которые реагируют на внешние действия от других систем или от пользователей, иногда называют реактивными. Если такие действия инициируются в произвольные случайные моменты времени, то говорят об асинхронном поведении модели.
Диаграмма деятельности
Для моделирования процесса выполнения операций в языке UML используются так называемые диаграммы деятельности. Применяемая в них графическая нотация во многом похожа на нотацию диаграммы состояний, поскольку на диаграммах деятельности также присутствуют обозначения состояний и переходов. Отличие заключается в семантике состояний, которые используются для представления не деятельностеи, а действий, и в отсутствии на переходах сигнатуры событий. Каждое состояние на диаграмме деятельности соответствует выполнению некоторой элементарной операции, а переход в следующее состояние срабатывает только при завершении этой, операции в предыдущем состоянии. Графически диаграмма деятельности представляется в форме графа деятельности, вершинами которого являются состояния действия, а дугами — переходы от одного состояния действия к другому.
Диаграмма последовательности
Для моделирования взаимодействия объектов в языке UML используются соответствующие диаграммы взаимодействия. Говоря об этих диаграммах, имеют в виду два аспекта взаимодействия. Во-первых, взаимодействия объектов можно рассматривать во времени, и тогда для представления временных особенностей передачи и приема сообщений между объектами используется диаграмма последовательности. Во-вторых, можно рассматривать структурные особенности взаимодействия объектов.
