Правила моделирования систем

Лекция 01.
Понятие моделирования.
Способы представления моделей

Модель — аналог, прототип, шаблон, образец, используемый вместо оригинала для решения задач (получения ответов на вопросы). Модель строится на основании ограниченного множества известных нам данных (свойств, поведений) об оригинале. Построение моделей и использование моделей (решение на них задач) производится с целью:

  • получения неизвестных ранее данных, предсказания новых свойств и будущих поведений,
  • извлечения пользы при реализации решений,
  • систематизации (обобщения) известных данных.

Моделирование – способ, процесс замещения оригинала его аналогом (моделью) с последующим изучением свойств и поведения оригинала на модели.

Процесс моделирования состоит из:

  • формализации (проектирование и настройка модели, систем моделей и моделей систем),
  • собственно моделирования (постановка различных задач и решение их на модели),
  • интерпретации результатов моделирования, комплексирования с уже имеющимися реальными системами.

Модель вместо исходного объекта используется в случаях, когда эксперимент опасен, дорог, происходит в неудобном масштабе пространства и времени (долговременен, слишком кратковременен, протяжен ), невозможен, неповторим, ненагляден и т. д. Проиллюстрируем это:

  • «эксперимент опасен» — при деятельности в агрессивной среде вместо человека лучше использовать его макет; примером может служить луноход;
  • «дорог» — прежде чем использовать идею в реальной экономике страны, лучше опробовать её на математической или имитационной модели экономики, просчитав на ней все «за» и «против» и получив представление о возможных последствиях;
  • «долговременен» — изучить коррозию — процесс, происходящий десятилетия, — выгоднее и быстрее на модели;
  • «кратковременен» — изучать детали протекания процесса обработки металлов взрывом лучше на модели, поскольку такой процесс скоротечен во времени;
  • «протяжен в пространстве» — для изучения космогонических процессов удобны математические модели, поскольку реальные полёты к звёздам (пока) невозможны;
  • «микроскопичен» — для изучения взаимодействия атомов удобно воспользоваться их моделью;
  • «невозможен» — часто человек имеет дело с ситуацией, когда объекта нет, он ещё только проектируется. При проектировании важно не только представить себе будущий объект, но и испытать его виртуальный аналог до того, как дефекты проектирования проявятся в оригинале. Важно: моделирование теснейшим образом связано с проектированием. Обычно сначала проектируют систему, потом её испытывают, потом снова корректируют проект и снова испытывают, и так до тех пор, пока проект не станет удовлетворять предъявляемым к нему требованиям. Процесс «проектирование-моделирование» цикличен. При этом цикл имеет вид спирали — с каждым повтором проект становится все лучше, так как модель становится все более детальной, а уровень описания точнее;
  • «неповторим» — это достаточно редкий случай, когда эксперимент повторить нельзя; в такой ситуации модель — единственный способ изучения таких явлений. Пример — исторические процессы, — ведь повернуть историю вспять невозможно;
  • «ненагляден» — модель позволяет заглянуть в детали процесса, в его промежуточные стадии; при построении модели исследователь как бы вынужден описать причинно-следственные связи, позволяющие понять все в единстве, системе. Построение модели дисциплинирует мышление. Важно: модель играет системообразующую и смыслообразующую роль в научном познании, позволяет понять явление, структуру изучаемого объекта. Не построив модель, вряд ли удастся понять логику действия системы. Это означает, что модель позволяет разложить систему на элементы, связи, механизмы, требует объяснить действие системы, определить причины явлений, характер взаимодействия составляющих.

Процесс моделирования есть процесс перехода из реальной области в виртуальную (модельную) посредством формализации , далее происходит изучение модели (собственно моделирование ) и, наконец, интерпретация результатов как обратный переход из виртуальной области в реальную. Этот путь заменяет прямое исследование объекта в реальной области, то есть лобовое или интуитивное решение задачи. Итак, в самом простом случае технология моделирования подразумевает 3 этапа: формализация , собственно моделирование , интерпретация ( рис. 1.1 ).

Правила моделирования систем

В задачах проектирования систем автоматизации управления организационно-техническими системами (ОТС) важное место занимает задача моделирования технической части таких систем. Разнообразие видов технической составляющей ОТС, сложность ее структуры требует разработки общих подходов к моделированию технических систем.

Формулировка термина техническая система (ТС) зависит от поставленной задачи [2, 5]. Базовым элементом систем автоматизации управления ОТС является информационная среда, в которой содержатся сведения о структуре технической системы. Поэтому при моделировании технических систем для решения задач автоматизации ОТС можно ограничиться следующим определением: «Техническая система это взаимосвязанная совокупность технических объектов, предназначенная для выполнения определенных функций». Здесь технический объект это любое изделие (элемент, устройство, подсистема, функциональная единица или система), которое можно рассматривать в отдельности [1].

Классификация технических систем

Разработку моделей технических систем целесообразно подчинить набору правил, что позволит упорядочить процесс создания модели и повысить качество моделирования. Важнейшим из таких правил является использование классификация технических систем как основы построения модели технической системы. Наличие классификации технических систем позволяет идентифицировать вид структуры сложной технической системы, что позволяет провести декомпозицию системы в соответствии с типовой структурой.

Классификация с точки зрения состава технических систем

Рассмотрим существующие системы классификации технических систем. Все технические объекты, которые производятся на предприятиях, имеют классификационные признаки в соответствии с Единой системой классификации и кодирования технико-экономической и социальной информации (ЕСКК) [4]. Основной целью классификации в системе ЕСКК является упорядочение информации об объектах, что обеспечивает совместное использование этой информации различными субъектами. Из классификаторов, представленных в ЕСКК, для задачи моделирования технических систем наибольшее значение имеет общероссийский классификатор продукции (ОКП) [3], который содержит перечень кодов и наименований иерархически классифицированных групп видов продукции.

Для задачи моделирования структуры технической системы наибольший интерес представляет классификация по уровню сложности технической системы [5]. Выделены следующие уровни сложности:

I. Конструктивный элемент, деталь машины.

II. Узел, механизм.

III. Машина, прибор, аппарат.

IV. Установка, предприятие, промышленный комплекс.

При разработке классификации технических систем необходимо учитывать принципы разделения изделий на части, которые приняты в Единой системе конструкторской документации. ГОСТ 2.101-68 «Виды изделий» определяет изделие как предмет или набор предметов, изготовляемых на предприятии, и делит изделия на следующие виды:

  • Детали – изделия, не имеющие составных частей.
  • Сборочные единицы — изделия, состоящие из нескольких частей.
  • Комплексы — два или более изделия предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций.

Сравнивая классификации по уровню сложности и по видам изделий, можно сделать следующие выводы:

  • Обе классификации выделяют в качестве простейшего объекта деталь.
  • Понятие сборочная единица соответствует как понятию узел, так и понятию машина (прибор, аппарат).
  • Понятия промышленный комплекс (установка) и комплекс как вид изделия отражают одинаковое свойство – объединение частей в единое целое.

Объединяя классификацию по уровню сложности, видам изделий и по видам продукции, введем следующие элементы классификации по составу технической системы:

  • Техническая система это совокупность технических объектов, выполняющих определенную функцию, соответствующую цели ее создания.
  • Оборудование – изделие, представляющее собой продукцию.
  • Узел – часть изделия, собираемая по сборочному чертежу.
  • Деталь – часть оборудования или узла, выполненная из однородного материала, изготавливаемая по детальному чертежу.
  • Комплекс оборудования – два и более оборудования, предназначенных для выполнения общих функций.

Узел и деталь являются элементами оборудования, а комплекс – это объединение оборудований. Объединение оборудований в комплексы может разделяться по уровням объединения – комплекс верхнего, среднего и нижнего уровня.

Рис. 1. Иерархическая структура технической системы

Классификация с точки зрения структуры технической системы

Техническая система как составная часть организационно-технической системы может быть отнесена к одному из следующих структурных представлений:

  • Списочная (парковая) структура однородных объектов, между которыми отсутствует взаимодействие. Каждый объект выполняет свою функцию.
  • Сетевая структура технической системы – совокупность технических объектов, между которыми есть взаимодействие. Для такого типа структуры необходимо описание не только самих технических объектов, но и описание элементов инженерной сети, через которую происходит взаимодействие технических объектов;
  • Структура линейной технической системы.

Примерами парковой структуры являюется автопарк или парк оборудования предприятия. Примером сетевой структуры являются система теплоснабжения города, включающая центральную тепловую станцию (ЦТС), совокупность тепловых пунктов (ТП) и тепловые сети для передачи теплоносителя от ЦТС к ТП и от них к жилым домам.

Примером структуры линейной технической системы является железнодорожный путь, который формируется рядом локальных и линейных инженерных сооружений – верхним строением пути, состоящим из рельсов, шпал, скреплений и балласта, и искусственными сооружениями.

Сетевая структура технической системы отличается от парковой структуры наличием сетевой компоненты, обеспечивающей взаимосвязь элементов. Это позволяет рассматривать парковую структуру является частным случаем сетевой структуры.

Моделирование структуры технических систем

Задачей моделирования структуры технической системы является отображение структурных свойств технической системы, описание отдельных ее подсистем и элементов. В зависимости от целей проекта автоматизации одна и та же техническая система будет представлена разными моделями. Отличие моделей технической системы будет заключаться в полноте и детальности описания структурных свойств технической системы. Полнота описания ТС определяется той частью комплекса технических объектов, которая будет учтена в модели ТС. Детальность описания ТС определяется тем уровнем иерархии, вплоть до которого будут учтены элементы ТС.

Объектная модель технической системы

Базовой моделью технической системы является ее объектная модель. Объектная модель ТС технической системы отображает ее структуру и должна отвечать на вопрос: «Из каких частей состоит каждый элемент технической системы?». Использование принципа деления целого на части определяет иерархический характер объектной модели технической системы.

Рассмотрим проблемы построения объектной модели для сетевой и линейной технической системы.

Объектная модель сетевой технической системы

Построение объектной модели основано на анализе следующей технической документации:

  • Схема расположения комплексов технической системы и экспликации к ней.
  • Эксплуатационная документация на каждый вид оборудования, используемый в технической системе.
  • Техническая документация на сетевой комплекс.

Схема расположения позволяет определить положение элементов технической системы по отношению к элементам инфраструктуры функционирования технической системы. Для технической системы, расположенной в черте города, положение объектов указывают по отношению к улицам и домам. Для технической системы, расположенной на промышленном предприятии, положение объектов указывают по отношению к номеру цеха и номеру ячейки в данном цехе, которые образованы опорными колоннами. Могут быть использованы и другие способы указания положения объектов по отношению к элементам инфраструктуры функционирования ТС. На схеме расположения указываются комплексы технической системы, элементы сети, обеспечивающие взаимодействие комплексов и элементы инфраструктуры функционирования технической системы. Пример схемы расположения дан на рис. 2. На схеме представлена техническая система, состоящая из 4-х комплексов технических средств (КТС 1, 2, 3, 4), и физическая сеть, объединяющая КТС в единую систему. Сетка служит для позиционирования элементов технической системы в системе функционирования технической системы.

На основе анализа модели уровня технической системы необходимо выделить:

  • Виды комплексов технической системы.
  • Виды элементов инженерных сетей.

Виды комплексов технических систем определяются по критерию одинаковой внутренней структуры. Для каждого вида комплекса технической системы необходимо построить свою модель, в которой отображаются комплексы технической системы нижнего уровня и те виды оборудования, которые используются в данном комплексе.

Рис. 2. Схема расположения комплексов технической системы

Рис. 3. Объектная модель комплекса технической системы

Так как каждый вид оборудования имеет свою внутреннюю структуру, то для каждого вида оборудования необходимо построить свою модель, в которой это оборудование разделено на узлы и детали.

Завершающим этапом разработки модели сетевой технической системы является разработка модели инженерных сетей. На этапе анализа схемы расположения технической системы и экспликации к ней необходимо выделить виды технических объектов, которые использованы для построения инженерной сети ТС. Рассмотрим модель инженерной сети на примере трубопроводной сети, основные элементы которой представлены на схеме.

Отличительной особенностью трубопроводной сети, является то, что часть ее элементов (трубы, соединительные элементы) изготавливаются по монтажной схеме, а часть (арматура) является определенным видом оборудования. Однако в большинстве случаев, разрабатывать модель внутренняя структура арматуры не требуется.

Рис. 4. Объектная модель оборудования

Рис. 5. Объектная модель сетевой структуры технической системы

Объектная модель линейной технической системы

Особенностью линейной технической системы является использование технических объектов для формирования инфраструктуры. Рассмотрим проблемы создания объектной модели распределенной технической системы на примере железнодорожного пути.

Железнодорожный путь – сложный комплекс линейных и сосредоточенных инженерных сооружений и обустройств, расположенных в полосе отвода. Основным элементом железнодорожного пути является рельсовая колея, которая образована из рельсов, шпал, скреплений и других элементов, которые вместе составляют верхнее строение пути. Верхнее строение пути укладывают на земляное полотно. В местах пересечения железнодорожного пути с реками, оврагами и другими препятствиями верхнее строение пути укладывается на искусственные сооружения. К важным устройствам железнодорожного пути относят стрелочные переводы, так как вся сложная структура железнодорожных путей основана на их разделении (соединении), которое происходит в стрелочном переводе.

Технической системой является совокупность железнодорожных путей, представляющих единое целое – инфраструктурную часть железной дороги как целостную часть организационно-технической системы. В действительности в инфраструктурную часть железной дороги кроме железнодорожного пути входят и устройства электроэнергетики, сигнализации и связи. Однако структурообразующим элементом инфраструктуры железной дороги является железнодорожный путь.

С геометрической точки зрения железнодорожный путь представляет собой сеть, состоящую из узлов и дуг. Дугами являются участки железнодорожного пути между двумя узлами. Узлами являются объекты, соединяющие несколько участков железнодорожного пути.

Схема расположения железнодорожных путей представляет собой совокупность узлов и дуг, каждый из которых имеет уникальное имя.

Рис. 6. Схема расположения объектов линейной технической системы

Для представления элементов линейной технической системы необходимо представить иерархическую структуру объектов, которая в совокупности образует эту систему. Если ограничиваться только основными элементами, то модель инфраструктурной части железной дороги может быть представлена на следующей схеме (рис. 7).

Рис. 7. Модель объектов железной дороги

Рельсы, шпалы, скрепления являются изделиями (деталями), которые собираются на специализированных предприятиях в технологические комплексы, которые затем укладываются в железнодорожный путь. Такими комплексами могут быть: рельсошпальная решетка, в которой с помощью скреплений соединены два рельса и необходимое число шпал; рельсовая плеть – сваренные воедино несколько рельсов. Элементы стрелочных переводов также изготавливаются на предприятиях как детали и собираются в единый технический объект в месте установки. Искусственные сооружения представляют собой сложные инженерные сооружения, которые строятся по специальным проектам. Модель искусственного сооружения разрабатывается по тем же правилам, что и модель оборудования.

Заключение

Технические системы часто имеют сложную структуру, что требует структурного подхода к их моделированию. Моделирование технических систем должно основываться на типизации технических систем и на анализе структурных свойств как технической системы в целом, так и ее отдельных элементов. Центральным элементом модели технической системы является оборудование как изделие, которое производится на предприятии.

Рецензенты:

Панов А.Ю., д.т.н., заведующий кафедрой «Теоретическая и прикладная механика», ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева», г. Нижний Новгород;

Федосенко Ю.С., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой Информатика, системы управления и телекоммуникации», ФГБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта», г. Нижний Новгород.

Правила моделирования систем

Изучение любой системы предполагает создание модели системы, позволяющей произвести анализ и предсказать ее поведение в определенно диапазоне условий, решать задачи анализа и синтеза реальной системы. В зависимости от целей и задач моделирования оно может проводиться на различных уровнях абстракции.

Модель — описание системы, отражающее определенную группу ее свойств.

Описание системы целесообразно начинать с трех точек зрения: функциональной, морфологической и информационной.

Всякий объект характеризуется результатами своего существования, местом, которое он занимает среди других объектов, ролью, которую он играет в среде. Функциональное описание необходимо для того, чтобы осознать важность системы, определить ее место, оценить отношения с другими системами.

Функциональное описание (функциональная модель) должно создать правильную ориентацию в отношении внешних связей системы, ее контактов с окружающим миром, направлениях ее возможного изменения.

Функциональное описание исходит из того, что всякая система выполняет некоторые функции: просто пассивно существует, служит областью обитания других систем, обслуживает системы более высокого порядка, служит средством для создания более совершенных систем.

Как нам уже известно, система может быть однофункциональной и многофункциональной.

Во многом оценка функций системы (в абсолютном смысле) зависит от точки зрения того, кто ее оценивает (или системы, ее оценивающей).

Функционирование системы может описываться числовым функционалом, зависящем от функций, описывающих внутренние процессы системы, либо качественным функционалом (упорядочение в терминах «лучше», «хуже», «больше», «меньше» и т.д.)

Функционал количественно или качественно описывающий деятельность системы называют функционалом эффективности.

Функциональная организация может быть описана:

  • алгоритмически,
  • аналитически,
  • графически,
  • таблично,
  • посредством временных диаграмм функционирования,
  • вербально (словесно).

Описание должно соответствовать концепции развития систем определенного класса и удовлетворять некоторым требованиям:

  • должно быть открытым и допускать возможность расширения (сужения) спектра функций, реализуемых системой;
  • предусматривать возможность перехода от одного уровня рассмотрения к другому, т.е. обеспечивать построение виртуальных моделей систем любого уровня.

При описании системы будем рассматривать ее как структуру, в которую в определенные моменты времени вводится нечто (вещество, энергия, информация), и из которой в определенные моменты времени нечто выводится.

В самом общем виде функциональное описание системы в любой динамической системе изображается семеркой:

где T — множество моментов времени, х — множество мгновенных значений входных воздействий, С = — множество допустимых входных воздействий; Q — множество состояний; y — множество значений выходных величин; Y = — множество выходных величин; φ = — переходная функция состояния; η:T×Q → y — выходное отображение; с — отрезок входного воздействия; u — отрезок выходной величины.

Такое описание системы охватывает широкий диапазон свойств.

Недостаток данного описания — не конструктивность: трудность интерпретации и практического применения. Функциональное описание должно отражать такие характеристики сложных и слабо познанных систем как параметры, процессы, иерархию.

Примем, что система S выполняет N функций ψ1, ψ2, . ψs, . ψN, зависящих от n процессов F1, F2, . Fi, . Fn. Эффективность выполнения s-й функции

Общая эффективность системы есть вектор-функционал Э = <Эs>. Эффективность системы зависит от огромного количества внутренних и внешних факторов. Представить эту зависимость в явной форме чрезвычайно сложно, а практическая ценность такого представления незначительна из-за многомерности и многосвязности. Рациональный путь формирования функционального описания состоит в применении такой многоуровневой иерархии описаний, при которой описание более высокого уровня будет зависеть от обобщенных и факторизованных переменных низшего уровня.

Иерархия создается по уровневой факторизацией процессов i> при помощи обобщенных параметров i>, являющихся функционалами i>. Предполагается, что число параметров значительно меньше числа переменных, от которых зависят процессы. Такой способ описания позволяет построить мост между свойствами взаимодействующих со средой элементов (подсистемами низшего уровня) и эффективностью системы.

Процессы i(1)> можно обнаружить на выходе системы. Это процессы взаимодействия со средой. Будем называть их процессами первого уровня и полагать, что они определяются:

  1. параметрами системы первого уровня — Q1(1), Q2(1), . Qj(1), . Qm(1);
  2. активными противодействующими параметрами среды, непосредственно направленными против системы для снижения ее эффективности — b1, b2, . bk, . bK;
  3. нейтральными (случайными параметрами среды) c1, c2, . cl, . cL;
  4. благоприятными параметрами среды d1, d2, . dp, . dP.

Среда имеет непосредственный контакт с подсистемами низших уровней, воздействуя через них на подсистемы более высокого уровня иерархии, так что Fi * = Fi * (k>, l>, p>). Путем построения иерархии (параметры β-го уровня — процессы (β-1)-го уровня — параметры (β-1)-го уровня) можно связать свойства среды с эффективностью системы.

Параметры системы j> могут изменяться при изменении среды, они зависят от процессов в системе и записываются в виде функционалов состояния Qj 1 (t).

Собственным функциональным пространством системы W называется пространство, точками которого являются все возможные состояния системы, определяемое множеством параметров до уровня b:

Состояние может сохраняться постоянным на некотором интервале времени Т.

Процессы i(2)> не могут быть обнаружены на выходе системы. Это процессы второго уровня, которые зависят от параметров Q(2) подсистем системы (параметров второго уровня). И так далее.

Образуется следующая иерархия описания: эффективность (конечное множество функционалов) — процессы первого уровня (функции) — параметры первого уровня (функционалы) — процессы второго уровня (функции) — параметры второго уровня (функционалы) и т.д. На каком-то уровне наши знания о функциональных свойствах системы исчерпываются, и иерархия обрывается. Обрыв может произойти на разном уровне для разных параметров (процессов), причем как на процессе, так и на параметре.

Внешние характеристики системы определяются верхним уровнем иерархии, поэтому часто удается ограничиться описанием вида (<Эi>,<ψS>, i(1)>, j(1)>, k>, l>, p>). Число уровней иерархии зависит от требуемой точности представления входных процессов.

Графические способы функционального описания систем

Выше был рассмотрен способ обобщенного аналитического функционального описания систем. Очень часто при анализе и синтезе систем используется графическое описание, разновидностями которого являются:

  • дерево функций системы,
  • стандарт функционального моделирования IDEF0.

Все функции, реализуемые сложной системой, могут быть условно разделены на три группы:

  • целевая функция;
  • базисные функции системы;
  • дополнительные функции системы.

Целевая функция системы соответствует ее основному функциональному назначению, т.е. целевая (главная) функция — отражает назначение, сущность и смысл существования системы.

Основные функции отражают ориентацию системы и представляют собой совокупность макрофункций, реализуемых системой. Эти функции обусловливают существование системы определенного класса. Основные функции — обеспечивают условия выполнения целевой функции (прием, передача приобретение, хранение, выдача).

Дополнительные (сервисные) функции расширяют функциональные возможности системы, сферу их применения и способствуют улучшению показателей качества системы. Дополнительные функции — обеспечивают условия выполнения основных функций (соединение (разведение, направление, гарантирование)).

Описание объекта на языке функций представляется в виде графа.

Рис. — Описание объекта на языке функций в виде графа

Формулировка функции внутри вершин должна включать 2 слова: глагол и существительное «Делать что».

Дерево функций системы представляет декомпозицию функций системы и формируется с целью детального исследования функциональных возможностей системы и анализа совокупности функций, реализуемых на различных уровнях иерархии системы. На базе дерева функций системы осуществляется формирование структуры системы на основе функциональных модулей. В дальнейшем структура на основе таких модулей покрывается конструктивными модулями (для технических систем) или организационными модулями (для организационно-технических систем). Таким образом, этап формирования дерева функций является одним из наиболее ответственных не только при анализе, но и при синтезе структуры системы. Ошибки на этом этапе приводят к созданию «систем-инвалидов», не способных к полной функциональной адаптации с другими системами, пользователем и окружающей средой.

Исходными данными для формирования дерева функций являются основные и дополнительные функции системы.

Формирование дерева функций представляет процесс декомпозиции целевой функции и множества основных и дополнительных функций на более элементарные функции, реализуемые на последующих уровнях декомпозиции.

При этом каждая из функций конкретно взятого i-ого уровня может рассматриваться как макрофункция по отношению к реализующим ее функциям на (i+1)-го уровня, и как элементарная функция по отношению к соответствующей функции верхнего (i-1)-го уровня.

Описание функций системы с использованием IDEF0-нотации основано на тех же принципах декомпозиции, но представляется не в виде дерева, а набора диаграмм.

Краткое описание методологии IDEF0

Объектами моделирования являются системы.

Описание IDEF0 модели построено в виде иерархической пирамиды, в вершине которой представляется самое общее описание системы, а основание представляет собой множество более детальных описаний.

IDEF0 методология построена на следующих принципах:

  • Графическое описание моделируемых процессов. Графический язык Блоков и Дуг IDEF0 Диаграмм отображает операции или функции в виде Блоков, а взаимодействие между входами/выходами операций, входящими в Блок или выходящими из него, Дугами.
  • Лаконичность. За счет использования графического языка описания процессов достигается с одной стороны точность описания, а с другой — краткость.

Необходимость соблюдения правил и точность передачи информации. При IDEF0 моделировании необходимо придерживаться следующих правил:

  • На Диаграмме должно быть не менее 3-х и не более 6-и функциональных Блоков.
  • Диаграммы должны отображать информацию, не выходящую за рамки контекста, определенного целью и точкой зрения.
  • Диаграммы должны иметь связанный интерфейс, когда номера Блоков, Дуги и ICOM коды имеют единую структуру.
  • Уникальность имен функций Блоков и наименований Дуг.
  • Четкое определение роли данных и разделение входов и управлений.
  • Замечания для Дуг и имена функций Блоков должны быть краткими и лаконичными.
  • Для каждого функционального Блока необходима как минимум одна управляющая Дуга.
  • Модель всегда строится с определенной целью и с позиций конкретной точки зрения.

В процессе моделирования очень важным является четко определить направление разработки модели — ее контекст, точку зрения и цель.

Контекст модели очерчивает границы моделируемой системы и описывает ее взаимосвязи с внешней средой.

Точка зрения определяет позицию автора, т.е. что будет рассматриваться и под каким углом зрения.

Необходимо помнить, что одна модель представляет одну точку зрения. Для моделирования системы с нескольких точек зрения используется несколько моделей.

Цель отражает причину создания модели и определяет ее назначение. При этом, все взаимодействия в модели рассматриваются именно с точки зрения достижения поставленной цели.

В рамках методологии IDEF0 модель системы описывается при помощи Графических IDEF0 Диаграмм и уточняется за счет использования FEO, Текстовых и Диаграмм Глоссария. При этом модель включает в себя серию взаимосвязанных Диаграмм, разделяющих сложную систему на составные части. Диаграммы более высокого уровня (А-0, А0) — являются наиболее общим описанием системы, представленным в виде отдельных Блоков. Декомпозиция этих Блоков позволяет достигать требуемого уровня детализации описания системы.

Разработка IDEF0 Диаграмм начинается с построения самого верхнего уровня иерархии (А-0) — одного Блока и интерфейсных Дуг, описывающих внешние связи рассматриваемой системы. Имя функции, записываемое в Блоке 0, является целевой функцией системы с принятой точки зрения и цели построения модели.

При дальнейшем моделировании Блок 0 декомпозируется на Диаграмме А0, где целевая функция уточняется с помощью нескольких Блоков, взаимодействие между которыми описывается с помощью Дуг. В свою очередь, функциональные Блоки на Диаграмме А0 могут быть также декомпозированы для более детального представления.

В результате, имена функциональных Блоков и интерфейсные Дуги, описывающие взаимодействие всех Блоков, представленных на Диаграммах, образуют иерархическую взаимосогласованную модель.

Хотя вершиной модели является Диаграмма уровня А-0, настоящей «рабочей вершиной или структурой» является Диаграмма А0, поскольку она является уточненным выражением точки зрения модели. Ее содержание показывает, что будет рассматриваться в дальнейшем, ограничивая последующие уровни в рамках цели проекта. Нижние уровни уточняют содержание функциональных Блоков, детализируя их, но, не расширяя границ модели.

Описание синтаксиса языка моделирования

Основными элементами на IDEF0 Диаграммах являются Блоки и Дуги.

Блоки служат для отображения функций (действий), выполняемых моделируемой системой. Сформулированные функции должны содержать глагольный оборот.

глагол + объект действия + [дополнение].

Например: обрабатывать деталь на станке, передать документы в отдел, разработать план-график проведения анализа, опубликовать материалы.

Дуги служат для отображения информации или материальных объектов, которые необходимы для выполнения функции или появляются в результате ее выполнения (объекты, обрабатываемые системой). Под объектами в рамках функционального моделирования могут пониматься документы, физические материалы, инструменты, станки, информация, организации и даже системы.

Место соединения дуги с блоком определяет тип интерфейса.

Управляющие выполнением функции данные входят в блок сверху, в то время как информация, которая подвергается воздействию функции, показана с левой стороны блока; результаты выхода показаны с правой стороны.

Механизм (человек или автоматизированная система), который осуществляет функцию, представляется дугой, входящей в блок снизу (см.рис.).

Функциональный блок преобразует входную информацию (данные, материалы, средства, задачи, цели и др.) в выходную (что требуется получить в результате выполнения данной функции). Управление определяет, когда и как это преобразование может или должно произойти. Механизм (или исполнители) непосредственно осуществляют это преобразование.

За каждой Дугой закрепляется Замечание, которое отображает суть информации или объекта. Замечание формулируется в виде оборота существительного, отвечающего на вопрос: «Что?».

Рис. — Дуги, как ограничивающие и уточняющие факторы Блока

Рис. — Пример А0 диаграммы

Функциональные Блоки на Диаграмме изображаются в виде прямоугольников, внутри которых записывается имя функции и номер Блок (в правом нижнем углу прямоугольника).

Блоки располагаются на Диаграмме согласно их степени важности (по мнению автора модели). При этом доминирующим является тот Блок, выполнение функции которого оказывает влияние на выполнение всех остальных функций, представленных на Диаграмме. К примеру, это может быть Блок, содержащий контролирующую или планирующую функцию, выходы которого являются управляющими для всех остальных функциональных Блоков Диаграммы.

Доминирующий Блок помещается, как правило, в верхнем левом углу листа Диаграммы, а наименее важный Блок — в правом нижнем углу. Таким образом, ступенчатость Блоков на Диаграмме отражает мнение автора о доминировании одних Блоков относительно других.

Очень важно помнить, что доминирование блоков на диаграмме не задаёт чёткой временной зависимости операций.

Стороны Блока также имеют определенное значение. К левой границе Блока присоединяются входные Дуги, к верхней — управляющие Дуги, к правой — выходные Дуги, а к нижней — Дуги механизмов.

Дуги на IDEF0 Диаграмме изображаются в виде стрелок.

При IDEF0 моделировании используются пять типов взаимосвязей между Блоками, для описания их отношений.

Взаимосвязь по управлению, — когда выход одного Блока влияет (является управляющей) на выполнение функции в другом Блоке.

Рис. — Взаимосвязь по управлению

Взаимосвязь по входу, — когда выход одного Блока является входом для другого.

Рис. — Взаимосвязь по входу

Обратная связь по управлению, — когда выходы из одной функции влияют на выполнение других функций, выполнение которых в свою очередь влияет на выполнение исходной функции.

Рис. — Обратная связь по управлению

Обратная связь по входу, — когда выход из одной функции является входом для другой функции, выход которой является для него входом.

Рис. — Обратная связь по входу

Взаимосвязь «выход-механизм», — когда выход одной функции является механизмом для другой. Иначе говоря, выходная Дуга одного Блока является Дугой механизма для другого. Такой тип связи встречается редко и относится чаще всего к подготовительным операциям.

Рис. — Взаимосвязь «выход-механизм»

Поскольку содержание IDEF0 Диаграмм уточняется в ходе моделирования постепенно, Дуги на Диаграммах редко изображают один объект. Чаще всего они отображают определенный набор объектов и могут иметь множество начальных точек (источников) и определенное количество конечных точек (приемников). В ходе разработки графической Диаграммы для отражения этой особенности используют механизм разветвления/слияния Дуг. Это позволяет не только уточнить с использованием Замечаний содержание каждой ветви разветвленной Дуги (потока объектов), но и более точно описать из каких наборов объектов состоит входящая в функциональный Блок Дуга, если она получена путем слияния.

Рассмотрим немного надуманный пример системы — некоторый отдел контроля, созданный для оценки эффективности управления и функционирования библиотеки (с равным успехом, можно было бы также рассмотреть отдел финансового контроля на некотором предприятии, налогового контроля и т.п.).

Рис. — Диаграмма верхнего уровня А-0, отражающая целевую функцию системы

Рис. — Диаграмма А0, отражающая декомпозицию целевой функции на основные функции А1, А2, А3

Еще по теме:

  • Обработка правил поведения Общие правила поведения в условиях ЧС Это нужно помнить! Не паникуйте и не поддавайтесь панике. Призывайте окружающих к спокойствию. Паника в любой чрезвычайной ситуации вызывает неосознанные действия, приводящие к тяжелым последствиям, затрудняет действия спасателей, пожарных, […]
  • Реквизиты для оплаты штрафа налоговая Как заполнить платежное поручение на штрафы (нюансы)? Отправить на почту Как заполнить платежное поручение на штрафы? С этим вопросом время от времени сталкивается любой бухгалтер. Составление такого документа имеет свои нюансы, с которыми мы будем разбираться в этой статье. Узнать, как […]
  • Закон курской области по земле Закон курской области по земле Статья 1. Предмет правового регулирования настоящего Закона Настоящий Закон устанавливает предельные (максимальные и минимальные) размеры земельных участков, предоставляемых гражданам в собственность на территории Курской области (далее - область) из […]
  • Фз о интеллектуальном суде Суд по интеллектуальным правам Главное управление Банка России ПО Центральному федеральному округу г. Москва (сокращенное наименование - ГУ Банка России по ЦФО Получатель УФК по г. Москве (ИФНС России №15 по г. Москве) Расчетный счет 182 1 08 01000 01 1000 110 Общая […]
  • Как принять гражданство россии Гражданство РФ для иностранных граждан: как получить российское гражданство иностранному гражданину, основания и документы на гражданство РФ, упрощенное получение гражданства РФ – пошаговая инструкция и порядок приобретения российского гражданства Гражданство РФ – это устойчивая […]
  • Окпд услуги нотариуса ОКВЭД 2 – код 69.10 – Деятельность в области права Согласно расшифровке кодов ОКВЭД 2, указанной во введении к классификатору ОК 029-2014 (КДЕС ред 2), группа деятельности с кодом 69.10 входит в следующие группировки ● раздел M - ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ, НАУЧНАЯ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ● ● […]
  • Узаконить котел Как получить разрешение на установку и замену газового котла Содержимое: Что надо для установки котла на газе Какие разрешения нужны Допустима ли установка своими руками Как заменить газовый котел на новый Можно ли самому заменить котел на газе Нужен ли новый проект при […]
  • Определение земли государственная собственность на которые не разграничена Разграничение государственной собственности на землю Автор: Алена Пшеничникова, руководитель Правового департамента Консалтинговой группы "Партнер" Опубликовано: журнал "Стройэксперт", декабрь 2007 года Разграничение государственной собственности на землю – это сложный и длительный […]