Нотации моделирования и представление проектных решений

Графические нотации моделирования

В процессе проектирования информационных систем широкое применение находят средства представления проектных решений, в основе которых лежат специальные нотации моделирования, среди которых особое место занимают графические нотации визуального моделирования.

Нотации моделирования обеспечивают наглядность представления проектных решений и артефактов в процессе создания информационных систем.

Для более общего определения графической нотации можно воспользоваться материалом из Википедии — свободной энциклопедии, где графическая нотация определена как система условных графических обозначений и правил их использования, принятая в конкретной методологии проектирования информационных систем.

Таким образом, графические нотации моделирования — это набор символов, используемых для визуального моделирования информационной системы путем создания артефактов(диаграмм, моделей), используемых при ее проектировании и создании. Рассмотрим кратко наиболее часто используемые графические нотации моделирования, как средства представления проектных решений.

Основное предназначение графических средств представления проектных решений является создание моделей информационных систем, автоматизируемых бизнес-процессы. Модель системы или процесса представляет собой взаимоувязанную интегрированную совокупность функциональной, поведенческой, информационной и организационной перспектив.

Графические модели в виде схемы, диаграммы наиболее наглядны в своем представлении. Для их построения применяются различные графические нотации.

На практике находят применение следующие основные графические нотации моделирования, как средства представления проектных решений при проектировании и создании информационной системы:

-стандарты IDEF(от IDEF0 до IDEF14) методологии семейства ICAM для решения задач моделирования сложных систем, которые позволяют отображать и анализировать модели деятельности широкого спектра сложных систем в различных разрезах: функциональном, структурном, потоков данных, процессов и работ. Для общей характеристики стандартов графических нотаций от IDEF0 до IDEF14 можно использовать материал из Википедии — свободной энциклопедии;
стандарт EPC (“цепочка событийных процессов”), используемый в методологии ARIS, в которой фокус сделан именно на событиях, что позволяет выстроить в проектируемой модели сложные развилки и длинные параллельные ряды событий, представив процессы в виде. последовательности процедур, расположенных в порядке их выполнения;
BPMN, ориентированная на описание именно бизнес-процессов, архитектуры программного обеспечения, хорошо представляет логику синхронных и асинхронных процессов и событий, поддерживает выход на динамическое моделирование процессов;
унифицированный язык моделирования UML, который является стандартным языком для определения, визуализации, конструирования и документирования объектно-ориентированных моделей и артефактов программных, в том числе и информационных систем. Это упрощает сложный процесс проектирования программного обеспечения, создавая «проект» для построения программных систем.

Таким образом, нотации моделирования и представление проектных решений в процессе создания информационных систем являются не заменимым средством проектирования. Далее рассмотрим их более подробно.

Графические нотации стандартов IDEF

Методы структурного проектирования информационных систем широко используют классические нотации моделирования стандартов IDEF, как средства представления проектных решений, среди которых можно выделить.

IDEF0 — стандарт функционального моделирования. Функциональная модель это совокупность математических и логических операций(функций) преобразования данных в информационной системе, отражающая реальные процессы обработки информации в предметной области.

IDEF1X — стандарт моделирования информационных потоков. Информационная модель это совокупность логически и физически упорядоченных данных(информации) в информационной системе, отражающая реальные характеристики объектов предметной области. Хранимые в словаре данных (репозитории ) описания каждого накопителя (хранилища) данных используются для перехода к построению модели данных (информационной модели) в виде диаграмм «сущность-связь» ( ERD ). Диаграммы «сущность-связь» (ERD) описывают информационное пространство, в рамках которого реализуются процессы объекта предметной области.

IDEF2 — стандарт динамического моделирования развития информационной системы. Динамические модели проектируемой информационной системы представляются в виде диаграммы потоков данных(баз данных, ресурсов) DFD. Диаграмма DFD позволяет визуализировать как движение данных между объектами системы, так и преобразования данных, которые могут применяться на разных шагах процесса.

IDEF3 является стандартом документирования технологических процессов(работ), происходящих в предметной области, и предоставляет инструментарий для наглядного исследования и моделирования их сценариев. Сценарием (Scenario) называется описание последовательности изменений свойств информационной системы, в рамках рассматриваемого процесса.

IDEF4 — стандарт построения объектно-ориентированных информационных систем. Средства IDEF4 позволяют наглядно отображать структуру объектов и заложенные принципы их взаимодействия, тем самым дают возможность анализировать и оптимизировать сложные объектно-ориентированные информационные системы.

IDEF5 — стандарт онтологического исследования сложных информационных систем. С помощью методологии IDEF5 онтология системы может быть описана при помощи определенного словаря терминов и правил, на основании которых могут быть сформированы достоверные утверждения о состоянии проектируемой системы в некоторый момент времени. На основе этих утверждений формируются выводы о дальнейшем развитии системы и производится ее оптимизация.

Конечно, классических средств и методов, позволяющих дать описание последовательности основных шагов и ветвлений в рамках процесса, достаточно. Однако в реальной жизни в рамках одного процесса иногда порождаются параллельные участки работ, участники этих работ могут взаимодействовать друг с другом, выполняя синхронизацию, происходят ошибки или исключения, требующие обработки и меняющие ход процесса, возникают состояния ожидания внешних событий и различные виды реакции на них и так далее.

Для устранения указанных недостатков была создана нотация моделирования бизнес процессов (Business Process Modeling Notation, BPMN) — графическая нотация для моделирования бизнес процессов. BPMN была разработана Business Process Management Initiative (BPMI) и поддерживается Object Management Group, после слияния организаций в 2005 году. Текущая версия BPMN 2.0.

Нотация BPMN

BPMN это графическая нотация моделирования бизнес-процессов ( Business Process Modeling Notation) — индустриальный стандарт визуального описания исполняемых моделей процессов, ориентированных на интерактивное взаимодействие с участниками. BPMN это мощное современное средство представления проектных решений. Общая структура графической нотации показана на рисунке.

В нотации моделирования BPMN выделяют пять основных категорий элементов:

элементы потока (события, процессы и шлюзы);
данные (объекты данных и базы данных);
соединяющие элементы (потоки управления, потоки сообщений и ассоциации);
зоны ответственности (пулы и дорожки);
артефакты (сноски).

Вот определения некоторых из них.

Поток — это элементы, которые соединяются друг с другом для формирования бизнес-процессов

События — это то, что происходит и может повлиять на бизнес-процесс. Событие может быть как внешним, так и внутренним.

Действия — это работы, выполняемые в рамках бизнес-процесса(задачи и подпроцессы).

Шлюзы используются для управления взаимодействием потоков последовательности по мере их схождения и расхождения в рамках процесса.

Данные — это в основном информация, необходимая или производимая при выполнении бизнес-процесса.

Пулы представляют участников бизнес-процесса.

Артефакты добавляют важную информацию к процессу, например, дополнительные примечания, текстовые аннотации.

Более подробно познакомиться с содержанием стандарта, условными обозначениями элементов на BPMN-диаграммах и примерами построения диаграмм можно во многих источниках, но на мой взгляд, наибольшего внимания заслуживает статья «Нотация BPMN«.

Перечисленные элементы BPMN помещаются на диаграмму в виде различных фигур перетаскиванием из инструментальной панели, либо при помощи кнопок палитры элементов окна диаграммы.

Главной особенностью нотации BPMN, как средства представления проектных решений, является то, что она позволяет точно и однозначно описывать процесс, используя строгую семантику – возможность исполнения, последовательность шагов внутри процесса, межпроцессное взаимодействие. В ней отражен современный событийный подход к построению программных средств, к которым относятся и информационные системы.

Нотация UML

Унифицированный язык моделирования UML (Unified Modeling Language) это язык графического описания для объектного моделирования в области разработки программного обеспечения, для моделирования бизнес-процессов, системного проектирования и отображения организационных структур.

Язык моделирования (Unified Modeling Language, UML) является графическим языком для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования систем, в которых большая роль принадлежит, программному обеспечению. К таким системам относятся информационные системы.

UML это объектно-ориентированное средство представления проектных решений, в результате чего методы описания результатов анализа и проектирования семантически близки к методам программирования на современных объектно-ориентированных языках.

Язык UML, как нотация моделирования, в своем развитии прошел несколько версий. Современная спецификация версии UML 2.0 опубликована в августе 2005 года. Семантика языка была значительно уточнена и расширена для поддержки методологии Model Driven Development(MDD). UML 2.4.1 принят в качестве международного стандарта ISO/IEC 19505-1, 19505-2.

Кстати, следует учесть, что в июне 2015 года OMG представил новую версия UML 2.5, где использование UML бизнес-аналитиками несколько изменено. В UML 2.0-2.4 диаграмму вариантов использования считали производной от диаграммы классов т.е. структурной диаграммой. Но в то же время, сама диаграмма вариантов использования была представлена в списке поведенческих диаграмм. По существу, диаграмма вариантов использования, отражающая поведенческие аспекты проектируемой системы(как можно использовать систему), при этом считалась структурным элементом, показывающим структуру системы — из какого набора классов она должна состоять.

В UML 2.5 теперь варианты использования определяются как вспомогательные понятия(supplementary concept), а не поведенческий элемент, хотя сама диаграмма так и осталась в списке поведенческих, что более соответствует ее назначению как средства графического представления функциональных требований, а не структуры системы.

UML является языком широкого профиля, это — открытый стандарт, использующий графические обозначения для создания абстрактной модели системы, называемой UML-моделью. UML не является языком программирования, но на основании UML— моделей возможна генерация кода.

Объектные модели на языке UML для проектируемой информационной системы описываются интегрированным когерентным набором UML-диаграмм, состав которых показан на рисунке.

UML-диаграмма содержит графические элементы (символы) — узлы UML, связанные ребрами (также известные как пути или потоки), которые представляют элементы в UML — модели проектируемой системы. UML-модель системы может также содержать другую документацию, такую как варианты использования, написанные в виде шаблонных текстов.

Спецификация UML определяет два основных вида диаграмм UML: структурные диаграммы и диаграммы поведения.

Структурные диаграммы показывают статическую структуру системы и ее частей на разных уровнях абстракции и реализации, а также то, как они связаны друг с другом. Элементы структурной диаграммы представляют значимые концепции системы и могут включать абстрактные, реальные концепции и концепции реализации.

Основными элементами структурных диаграмм являются: классы, объекты, интерфейсы, компоненты, узлы вычислительной системы и другие.

Диаграммы поведения показывают динамическое поведение объектов в системе, которое можно описать как серию изменений системы с течением времени.

Основными элементами диаграмм поведения являются: действующие лица(актеры), варианты использования, деятельности и действия, состояния и другие.

Условные изображения элементов диаграмм графической нотации UML можно изучать в процессе создания той или иной диаграммы. Например можно начать с «Обозначения, используемые при написании документации«. Особенностью является то, что многие источники описывают обозначения устаревших стандартов UML. Поэтому познакомившись с ними необходимо уточнять их для стандарта UML 2.4.1.

Общими правилами для построения UML — диаграмм являются:

на одной диаграмме следует размещать от двух до семи сущностей;
диаграмма должна охватываться «одним взглядом»;
управление моделями – для того, кто моделирует, а не для компьютера;
в проекте сосуществуют разные модели в разных представлениях на разных уровнях абстракции;
образцы проектирования полезно знать;
стандарты полезны, но не универсальны — требуется подгонка для каждой программирующей организации;
нет наилучшего процесса для всех типов проектов и всех типов организаций, но для каждого типа проектов и для каждого типа организаций в отдельности — есть;
UML унифицирует представления артефактов в циклах повышения продуктивности, тем и хорош.

С примерами оформления UML — диаграмм можно познакомиться в статье «Что находится между идеей и кодом?«.

Какую графическую нотацию выбирать ы качестве средства представления проектных решений зависит в основном от методологии проектирования. Не нотация, а методология определяет, какую модель необходимо построить: функциональную, процессную или объектную.

Применение графических нотаций BPMN и UML при проектировании информационной системы описано в ряде статей данного сайта. Например, «BPMN и UML диаграммы при проектировании информационных систем.

Графические средства методологии ARIS

Методология построения интегрированных информационных систем (Architecture of Integrated Information Systems, ARIS) предполагает определённый подход к формализации информации о деятельности организации и представление её в виде графических моделей, удобном для понимания и анализа.

Модели, как средства представления проектных решений, по стандарту EPC в ARIS представляют собой графические схемы, отображающие соответствующие аспекты проектируемой информационной системы.

Элементами таких схем являются объекты, поддерживаемые ARIS. В качестве примеров объектов можно привести такие как «Функция», «Событие», «Структурное подразделение», «Документ» и т.п. Между объектами устанавливаются разнообразные связи. Так, между объектами «Функция» и «Структурное подразделение» могут быть установлены связи следующих видов:

-выполняет;
-принимает решение;
-участвует в выполнении;
-должен быть проинформирован о результатах;
-консультирует исполнителей;
-принимает результаты и т. п.

Каждому объекту соответствует установленный для объекта данного типа набор атрибутов, которые позволяют ввести дополнительную информацию о конкретном объекте. На следующих этапах введенные значения атрибутов могут использоваться при имитационном моделировании или для проведения стоимостного анализа.

ARIS — это методология и базирующееся на ней семейство программных продуктов, разработанных компанией IDS Scheer AG (Германия) для структурированного описания, анализа и совершенствования бизнес-процессов предприятия, подготовки к внедрению сложных информационных систем и контролинга бизнес-процессов.

Графическая нотация SysML

В UML для моделирования широко используются классы(Class Diagram), интерфейсы, компоненты, вычислительные узлы на Deployment Diagram и т.п. А в SysML основным элементом является блок (block).

Блок — это основной строительный элемент SysML модели. Блоки используются для описания структурных частей системы или её окружения, таких как стол, мост, компьютер, программа, информационная система и т.п. Блок акцентирует внимание на моделируемой сущности и её связях с другими сущностями, скрывая её внутреннее устройство. Важно — блок моделирует не конкретный экземпляр, а тип сущности, в этом он похож на класс.

С точки зрения модели блок является составным элементом, он включает в себя набор специализированных элементов, например:

Часть (part) — это какая-то часть, элемент экземпляра блока, в качестве типа части указывается другой блок
Порт (port) — это часть блока, посредством которой он как-то взаимодействует с окружающей действительностью — передает или получает информацию/энергию/материю.
Поведения (Operations Или Behaviors) — какие-то действия, поведения, которые блок может демонстрировать.

Для описания отношений между блоками используется Block Definition Diagram. Отношения между блоками в SysML не отличаются многообразием. Основных отношений три

Отношение включения означает, что в экземплярах блока присутствуют части, являющиеся экземплярами другого блока;
Отношение ассоциации означает, что между блоками имеет место какое-то взаимодействие, передача информации/энергии или еще чего-то. Сама ассоциация тоже может иметь тип Блок, показывая каким образом, посредством чего происходит взаимодействие;
Отношение потока (flow) показывает что между блоками происходит обмен чем-то, в свойствах этого соединения указывается тип сущности.

В графической нотации моделирования SysML используется девять типов диаграмм, объединенные в три группы, а также таблиц распределения для сопоставления языковых элементов между типами диаграмм:

Диаграмма требований (req)

Структурные диаграммы

Схема определения блоков (bdd)
Внутренняя структурная схема (ibd)
Параметрическая диаграмма (par)
Схема упаковки (pkg)

Диаграммы поведения

Схема действий (act)
Схема последовательности (sd)
Схема конечного автомата (stm)
Диаграмма вариантов использования (uc)

Таблица распределения.

Подробное описание диаграмм можно посмотреть в «Учебном пособии по диаграмме SysML«.

Главным отличием SysML от UML является моделеориентированность. UML диаграммы изначально задумывались как картинки, визуальные записки. SysML диаграммы — это лишь приятное дополнение к модели, структурированному описанию системы, состоящей из набора взаимосвязанных сущностей.

Заключение

Нотации моделирования повышают наглядность представления проектных решений и артефактов в процессе создания информационных систем.

Для этого можно использовать многие графические нотации моделирования: стандарты IDEF, , BPMN и UML, SysML, нотацию EPC методологии ARIS .

Таким образом, реализовать метод проектирования информационной системы можно с помощью современных графических нотаций и с применением инструментальных CASE-средств, что позволяет наглядно представить все необходимы артефакты для создания информационной системы, автоматизируемой бизнес-процессы заданной предметной области.

Статистический индекс производительности информационной системы

Онлайн-курсы обучения построению UML диаграмм

Кто хочет своевременно узнавать о выходе новой статьи на сайте должен подписаться.