Методология структурного анализа и проектирования SADT. Глава 5

Глава 5. Более глубокие концепции диаграмм

• Дуги имеют различное содержание
• Дуги могут быть декомпозированы
• Дуги могут быть "помещены в тоннель"
• Различие между входными дугами и дугами управления
• Дуги механизмов определяют способы реализации функций
• Обратная связь по управлению и по потоку данных
• Резюме

В этой главе обсуждаются некоторые более глубокие концепции, позволяющие рассматривать SADT как превосходный язык описания систем. С точки зрения построения функциональных диаграмм качество диаграммы в значительной степени зависит от того, насколько хорошо методология позволяет анализировать объекты системы. Чем лучше проанализированы объекты системы, тем полнее функциональные диаграммы будут описывать работу системы. Из этого следует, что декомпозиция данных должна начинаться раньше и проводиться согласованно с декомпозицией функций. Хорошая декомпозиция данных является ключом к хорошей декомпозиции функций, поэтому в этой главе мы уделим основное внимание более детальному объяснению сущности дуг SADT как в контексте диаграмм, так и в контексте модели.

В SADT дуги изображают объекты. Мы подчеркиваем здесь термин "объекты", поскольку, в отличие от традиционных диаграмм потоков данных из систем программного обеспечения, SADT-диаграммы содержат дуги, изображающие большое многообразие объектов. На рис. 5-2 диаграмма изготовить нестандартную деталь содержит дуги, изображающие планы, станки, инструменты, сырье, документы, технические чертежи, готовые детали, устные требования и оценки. Точное описание системы должно содержать такое многообразие объектов для адекватного объяснения ее работы как на уровне деталей, так и на уровне ее окружающей среды. Способность SADT изображать многообразие объектов с помощью дуг следует из того, что SADT является методологией описания систем самого общего назначения, а не только программного обеспечения. Чтобы помочь аналитикам и экспертам в понимании и описании того, как различные объекты связаны друг с другом, в графический язык SADT введено два типа объектов: объекты, преобразуемые системой, и объекты, управляющие выполнением этих преобразований. В SADT они называются соответственно входами и управлениями.

SADT является мощным языком описания систем во многом благодаря возможности декомпозиции дуг. Разветвления дуг и их соединения -это тот самый синтаксис, который позволяет описывать декомпозицию содержимого дуг. Этот синтаксис выбран не случайно. Представьте себе толстый телефонный кабель. Если вы разрубите его пополам, то увидите, что главный кабель состоит из нескольких меньших кабелей, которые, в свою очередь, состоят из еще меньших кабелей, и т.д. вплоть до отдельных проводов. Дуги SADT могут рассматриваться как кабели, соединяющие, разъединяющие и переносящие многообразие объектов. Вот почему дуги имеют разветвления и соединения.

Рассмотрим дуги план выполнения задания и принятое задание на диаграмме рис. 5-1. Из диаграммы видно, что эти дуги представляют совокупности объектов, поскольку каждая из них разветвляется на две отдельные дуги с различными метками. Следуя структуре дуг, можно сказать, что чертеж - часть плана выполнения задания, а принятое задание либо формируется из детали с биркой и штампа "принято ", либо является принятым, но незаконченным заданием. Это все, что можно узнать об этих дугах из диаграммы изготовить нестандартную деталь. Однако мы всегда можем посмотреть на декомпозицию блоков этой диаграммы для выяснения дополнительных подробностей содержания этих дуг. Например, на диаграмме выполнить задание (рис. 5-4) мы видим, что станки и инструменты состоят из набора инструментов и станков в цехе.

Рис 5-1. SADT-диаграмма, содержащая разветвления и дополнения дуг

Таким образом, разветвляющиеся и соединяющиеся дуги отражают иерархию объектов, представленных этими дугами. Однако дуги описывают только ту иерархию, которая связывает отдельные функции системы, представленные на диаграммах. На самом деле, из отдельной диаграммы редко можно понять полную иерархию дуги. Обычно это требует чтения большей части модели, а иногда из-за выбранной точки зрения подробности отдельных дуг не раскрываются совсем. Вот почему SADT предусматривает дополнительное описание полной иерархии объектов системы посредством формирования глоссария для каждой диаграммы модели и объединения этих глоссариев в Словарь данных. Таким образом, Словарь данных, важное дополнение модели, становится основным хранилищем полной иерархии объектов системы (см. главу 18).

Иногда функция разделяет дугу на ее компоненты точно так же, как призма разлагает свет на цвета. В этом случае для получения дополнительных сведений о содержании компонент и взаимосвязях между ними важно изучить, что выполняет эта функция. На рис. 5-4 дуга план выполнения заданий является дугой управления для функционального блока определить степень выполнения задания, у которого одним из выходов служит следующий шаг задания, который в свою очередь содержит указания по выбору инструментов. Хотя это и наводит на мысль о том, что следующий шаг задания и указания являются компонентами плана выполнения задания мы должны проанализировать декомпозицию блока определить степень выполнения задания и, возможно, исследовать Словарь данных, чтобы убедиться в правильности этого предположения.

Потенциально все дуги на диаграмме, независимо от их содержания, могут быть "помещены в тоннель". Как указано в главе 3, помещение дуги в тоннель является способом скрытия ее источника или приемника. Эти два вида проходящих через тоннель дуг (со скрытыми источниками и приемниками) не проходят "сквозь" границу, определяемую блоком и его дугами. Начало проходящих через тоннель дуг, появляющихся из неизвестного источника, заключено в скобки, что указывает на появление этих дуг из некоторой

Рис. 5-2. Туннельные дуги позволяют "спрятать" некоторые подробности и показать необходимые детали

другой части модели или непосредственно извне. На диаграмме ЭМЦ/А1 (рис. 5-2) дуга незанятый рабочий имеет начало, выходящее из тоннеля. Поэтому эта дуга не появляется на диаграмме ЭМЦ/АО. Конец входящих в тоннель дуг с неизвестным приемником заключается в скобки для указания, что эти дуги либо идут в другую часть модели, либо непосредственно выходят из модели, либо не рассматриваются более. Например, дуга механизма для блока 2 на диаграмме ЭМЦ/АО имеет входящий в тоннель конец и поэтому не появляется на диаграмме ЭМЦ/А1. Термин "тоннель" является здесь вполне подходящим, поскольку можно представлять себе входящую в тоннель дугу как бы "уходящей под землю".

"Тоннельные" обозначения были введены в SADT после нескольких лет интенсивного использования этой методологии в ряде областей. Опыт показал, что при описании сложных систем требуется большое число дуг для корректного и подробного представления системы. Часто эти дуги могут быть объединены, но иногда важные объекты системы, не показанные ранее на более высоких уровнях иерархии модели, появляются при описании новых деталей. Кроме того, эти детали обычно не столь важны, чтобы их показывать на более высоких уровнях модели. "Тоннельные" обозначения используются для того, чтобы избежать хаотического заполнения нежелательными подробностями диаграмм высокого уровня. Эти обозначения дают возможность управлять появлением необходимых деталей, не запутывая более общие описания родительских диаграмм. Рис. 5-2 дает хороший пример использования тоннельных дуг, позволяющих избежать появления нежелательных деталей на верхних уровнях модели. Дуга незанятый рабочий диаграммы ЭМЦ/А1 требуется на уровне блока управлять выполнением задания, но прохождение этой дуги по верхним диаграммам, включая диаграмму изготовить нестандартную деталь, могло бы только запутать их содержание. Так как дуга незанятый рабочий неуместна на диаграмме АО, она помещена в тоннель. Кроме того, "тоннельные" обозначения помогают скрывать сведения, необходимые только для верхних уровней модели. Это минимизирует вероятность загромождения диаграмм-декомпозиций необязательной информацией. Дуги с заключенными в скобки концами выполняют эти задачи, поскольку они не рассматриваются как часть границы при касании ими блока и, следовательно, не переносятся на диаграмму, декомпозирующую этот блок. На рис. 5-2 показано, как за счет помещения дуг механизмов в тоннель удается избежать загромождения декомпозиции диаграммы изготовить нестандартную деталь неинформативными или очевидными дугами механизмов, касающимися всех блоков. Они запутали бы декомпозиции, не добавив никакой новой информации. Это очень сильно тормозило бы дело, поэтому неинформативные дуги скрывают у границы блока.

Рассмотренные примеры свидетельствуют, что помещение дуг в тоннель осуществляется не просто для удобства. Это очень важный способ точной регулировки модели для описания системы. Пролистайте часть VI и вы увидите еще много примеров помещения дуг в тоннели, что существенно упрощает описания систем. Хотя помещение дуг в тоннель может оказаться очень полезным, мы рекомендуем пользоваться этим приемом с максимальной осторожностью. Он легко может стать прикрытием плохого моделирования. Поэтому мы рекомендуем сначала проводить дуги сквозь границы блоков, а затем определять, в каких случаях это снижает качество описания. Только после этого можно помещать дуги в тоннели для улучшения читабельности модели.

В методологии SADT между входными дугами и дугами управления существует определенное различие. В этом заключается одно из главных отличий SADT от других методологий структурного анализа. Можно возразить, что для описания системы достаточно только входов и выходов функций преобразования. Однако, делая различие между входными дугами и дугами управления, SADT дает аналитику возможность точно описать ограничения, накладываемые на функции преобразования. Ограничения позволяют получить более верное представление о работе системы, поскольку они описывают факты и правила, которым должны следовать функции преобразований.

Рассмотрим функциональный блок собрать на рис. 5-3, преобразующий сиденье, набор ножек и спинку в стул. Описание с помощью потока данных на этом бы закончилось. SADT же позволяет аналитику дать дополнительную информацию о блоке собрать. Рис. 5-3 показывает, что для правильной работы блока собрать требуется чертеж. Очевидно, что чертеж не является частью конечного стула, но он играет важную роль в функции собрать. Без чертежа сборка стульев может оказаться совершенно неорганизованной активностью. В

Рис. 5-3 Отделение входов от управлений

лучшем случае возможны различные стратегии сборки. Добавив дугу управления чертеж, аналитик дает четкое указание - при сборке стульев следует руководствоваться только чертежом.

Точно определив, что чертеж управляет блоком собрать, аналитик не делает больше никаких предположений. Это создает благоприятную ситуацию для более сильных утверждений. Например, дуга управления на рис. 5-3 могла бы иметь метку чертеж и особые указания, означающие, что чертеж является стандартным руководством при сборке. Особые указания также должны учитываться при сборке даже в исключительных случаях. Без дуг управления SADT описание системы невозможно было бы интерпретировать настолько легко и точно. Различие между входными дугами и дугами управления - действительно мощное средство графического языка SADT.

Второе главное отличие методологии SADT от других методов структурного анализа заключается в том, что она отводит важную роль механизму - понятию, свойственному только этой методологии. В SADT система описывается в первую очередь с точки зрения ее функций. Но система должна быть в конечном итоге реализована (т.е. быть работоспособной), поэтому дуги механизма SADT имеют большое значение при описании системы. Они дают аналитику возможность точно определить способ выполнения конкретной функции, какие ресурсы требуются для этой функции, кто будет выполнять ее и т.д. С помощью дуг механизма аналитик может добавить к описанию последние детали, не вызывающие сомнений в том, что происходит при выполнении функции.

Рассмотрим функцию собрать, описанную на рис. 5-3, но с дугой механизма, присоединенной к блоку снизу. Рассмотрим теперь, как может быть выполнен блок собрать, если дуга механизма имеет метку клей. Вы можете представить себе деревянные детали, сначала намазанные клеем, затем состыкованные вместе и высушенные. Если же к блоку собрать присоединена дуга механизма, помеченная словом отвертка, вы можете представить себе детали стула, содержащие винты и обладающие штифтовой схемой соединения, которая требует просто стыковки деталей и затягивания винтов. Сценарии существенно различаются всего лишь из-за изменения единственного слова на дуге механизма. Этот пример показывает, что дуги механизма выявляют средства, необходимые для выполнения функции.

Механизмы (на диаграмме) определяют кто будет выполнять конкретные функции. Как указано на рис. 5-2, дуги механизмов на диаграмме изготовить нестандартную деталь уточняют, что главные функции экспериментального механического цеха будут выполняться представителями трех типов персонала: мастером, оператором, контролером. Это свидетельствует о совместном выполнении функции различными специалистами. Другими словами, несколько дуг механизмов, касающихся блока, могут представлять скоординированную деятельность.

Механизмы могут также указывать, что одни функции поддерживают

выполнение других функций, поэтому они должны выполняться в требуемой последовательности. На рис. 5-4 показано, что блок подготовить рабочее место должен выполняться до блока обработать на станке и собрать, поскольку оборудованное рабочее место должно быть приготовлено до начала работы. В этом случае система требует определенной последовательности операций. На рис. 5-2 в диаграмме управлять выполнением задания исполнительская дуга механизма для блока 1 с меткой стеллаж входных заданий определяет, где искать вновь полученный рабочий комплект. В этом случае аналитик хотел подчеркнуть, что в экспериментальном механическом цехе стеллаж входных заданий важен для выполнения функции получить задание и назначить исполнителя. Все эти примеры свидетельствует о том, что при описании различных аспектов функционирования и реализации систем дуги механизмов имеют важное значение.

Рис. 5-4. Одни функции модели поддерживают выполнение других функций

Понятие обратной связи является фундаментальным для теории систем. Обратная связь возникает, когда выход некоторой функции А воздействует на выход функции В, а выход функции В воздействует на другую активацию функции А. Основополагающей для SADT является возможность описания двух различных видов обратной связи: обратная связь по управлению и по потоку данных. Разграничения этих двух видов обратной связи очень важно, поскольку обратная связь по управлению сильнее влияет на работу системы, чем обратная связь по потоку данных. Давайте разберемся, почему.

Обратная связь по потоку данных между двумя функциями возникает, когда выход одной функции становится входом другой. Например, функция управлять выполнением задания диаграммы изготовить нестандартную деталь (рис. 5-2) показывает обратную связь потока данных с функцией выполнить задание. Это пример обратной связи, возникающей в результате попытки системы эффективно использовать свои отходы (т.е. использовать брак в качестве металлолома для сокращения потребности в сырье). Еще один пример обратной связи между теми же двумя функциями - принятое, но незаконченное задание. Она возникает в результате итерации, улучшающий входы до желаемого уровня качества. В данном случае обработка и контролирование производятся до тех пор, пока параметры детали не окажутся в пределах, указанных в чертеже .

Обратная связь по управлению появляется тогда, когда выходы двух функций воздействуют друг на друга. Классический сценарий "цыпленок и яйцо" иллюстрирует обратную связь по управлению. Диаграмма изготовить нестандартную деталь (рис. 5-2) показывает обратную связь по управлению между блоками управлять заданием, и выполнить задание через статус задания. В этом случае статус задания отражает пошаговое продвижение процесса выполнения задания в соответствии с графиком, определенным в плане выполнения задания. Опираясь на статус задания, управляющий пересматривает план выполнения задания, которые, в свою очередь, воздействуют на будущую деятельность рабочего, связанную с этим заданием. Это пример эффективной реализации системой функций по планированию и обработке с помощью обратной связи по управлению.

Приведенные примеры иллюстрируют различия между обратной связью по управлению и обратной связью по потоку данных. Воздействующие друг на друга функции в цикле обратной связи по управлению часто не могут хорошо выполняться друг без друга, а система при отсутствии обратной связи иногда может не работать. Например, составление обоснованного плана выполнения задания является отчасти результатом опыта, приобретенного при выполнении задания, что является результатом планирования работы. С другой стороны, обратная связь по потоку данных не связывает так тесно функции, как обратная связь по управлению. Например, неиспользование забракованных заданий в качестве сырья не снижает ни эффективности работы экспериментального механического цеха, ни качества деталей. Неиспользование брака просто делает систему излишне расточительной. Следовательно, обратная связь по управлению связывает функции между собой значительно жестче, чем обратная связь по потоку данных.

Хорошая функциональная декомпозиция опирается в первую очередь на хорошую декомпозицию объектов системы. Дуги являются иерархическими наборами объектов системы. Они с помощью разветвлений и соединений описывают, как эти объекты декомпозируются. В принципе все дуги могут быть помещены в тоннель. Помещение дуг в тоннель позволяет не только скрыть нежелательные факты, но и представить необходимые подробности на соответствующем уровне модели. SADT различает объекты, преобразуемые системой (входы), и объекты, управляющие преобразованиями системы (управления). Дуги управления описывают правила и факты, влияющие на выполнение функции. Входные дуги содержат трансформируемые объекты. Таким образом, дуги управления и входные дуги представляют объекты совершенно различной природы. Дуги механизмов используются для конкретизации выполнения данной функции (например, как она выполняется или кто ее выполняет). Обратная связь по управлению свидетельствует о взаимном влиянии функций, тогда как обратная связь по потоку данных указывают на повторное использование и итерацию. Поэтому обратная связь по управлению связывает две функции между собой значительно жестче, чем обратная связь по потоку данных.

• Miller, J.: Living Systems, McGraw-HiIl, New York, 1978.
• Ross, D.: "An Essay on Activity Diagramming", SofTech Technical Report no. 7104, November, 1976.
• SofTech, Inc.: "IDEFO Author's Guide to Creating Activity Diagrams", SofTech Deliverable no. 7500-13, September 1979.
• SofTech, Inc.: "Integrated Computer-Aided Manufacturing (ICAM) Report: Function Modeling Manual (IDEFO)", contract no. F33612-73-C-5158, SofTech, Inc., 1981.