Методология структурного анализа и проектирования SADT. Глава 6

Глава 6. Более глубокие концепции моделей

• Модели SADT структурируют естественный язык
• Точка зрения модели влияет на расстановку акцентов и терминологию
• Декомпозиция в ходе моделирования
• Некоторые стратегии декомпозиции
• Выбор стратегии декомпозиции
• Момент прекращения декомпозиции определяется точностью
• Резюме

В частях II - IV книги обсуждаются основы моделирования как процесса, в ходе которого автор создает модель. В данной главе эти основы несколько расширяются при обсуждении важных и более глубоких концепций, благодаря которым SADT является превосходным методом моделирования систем. Поскольку эта книга посвящена функциональным SADT-моде-лям, мы рассмотрим только те концепции, которые относятся к функциональному описанию систем и ограничимся моделью, созданной одним автором.

Отличительная особенность SADT как методологии описания систем заключается в том, что она, используя в качестве основы естественный язык экспертов, структурирует этот язык с помощью своих графических средств. Естественный язык позволяет эксперту свободно описывать функционирование системы, пользуясь знакомой и удобной терминологией письменно и в беседе. Затем в процессе создания диаграмм автор снабжает слова эксперта специальной пунктуацией в соответствии с графическим языком SADT. Графические обозначения SADT, так же как и пунктуация, обладают высокой степенью точности. Используя "расширенную форму пунктуации", SADT-автор дает более точное и сжатое описание системы, не жертвуя качеством. Графика SADT устраняет неоднозначность описаний, выполненных экспертом на естественном языке.

Устранение неоднозначности достигается в результате стандартной интерпретации графических обозначений SADT. Формально описание "Отдельный блок В, связанный с входными дугами I, дугами управления С, выходными дугами О и дугами механизма М" соответствует фразе "Функция В преобразует I в О при ограничениях, заданных С, с помощью М". Перевод SADT-диаграмм в предложения в точности следует этой схеме, но мы рекомендуем строить фразы так, чтобы они, семантически совпадая с приведенным образцом, были интересны для чтения. Описание системы, соответствующее диаграмме модели на рис. 6-1, может быть записано так:

Экспериментальный механический цех производит нестандартные детали. Он делает это, используя рабочий комплект и станки и инструменты с помощью процесса, управляемого справочником стандартов качества и создающего готовую деталь. Кроме того, поступающие время от времени требования по срокам выполнения задания, требуют отчета об оценке степени завершённости задания.

Неоднозначность устраняется также в результате декомпозиции и уточнения диаграмм высокого уровня, что приводит к ограничению числа возможных интерпретаций. Декомпозиция и уточнения производятся до тех пор, пока диаграммы низкого уровня не станут достаточно подробными для того, чтобы обеспечить точное значение объектов и функций системы. Иными словами, SADT-модель придает строгий смысл изложенному. Она организует описание системы в иерархическую структуру, подобную структуре, образуемой главами и разделами данной книги. Проанализируйте, например, спецификации в уроке 25. Обратите внимание на то, что каждая диаграмма вызывает свой ход мыслей, что позволяет по каждой из них написать несколько параграфов текста. Это объясняется тем, что, хотя блок и его дуги семантически эквивалентны фразе, отражающей одно из направлений, обычно существует еще несколько важных фактов, относящихся к данному блоку, которые необходимо сообщить, чтобы достичь цели модели. Поскольку SADT организует фразы, отражающие основные

Рис. 6-1. Описание границ SADT-модели

направления, с помощью иерархических диаграмм, где блоки упорядочены по доминантности, взаимосвязанные факты собраны вместе и излагаются доступным образом без повторений и противоречий.

SADT-авторы владеют искусством согласованного изложения. Для согласованного изложения существенным является понятие точки зрения. В SADT модель должна быть построена исходя из одной точки зрения. Выбирая единую точку зрения для данной модели и придерживаясь ее, автор достигает двух важных целей. Во-первых, определенная точка зрения всегда выделяет одни аспекты системы и игнорирует другие. Например, выбирая точку зрения начальника экспериментального механического цеха, автор придает одинаковый вес обязанностям различных работников цеха. Как видно из рис. 6-2, управлять выполнением задания, выполнить задание и контролировать качество выполнения задания являются тремя самыми важными функциями механического цеха с точки зрения начальника.

При выборе точки зрения контролера функции управления и обработки были бы затушеваны в модели и диаграмма АО выглядела бы хотя и похоже, но не совсем так, как на рис. 6-3. Ясно, что выбор станков или инструментов и сравнение сроков выполнения задания с плановыми оценками завершения не имеют важного значения для контролера, поэтому эти факторы исчезли бы из поля зрения контролера и никогда не появились бы в его модели экспериментального механического цеха. В то же время такие функции, как определить степень завершенности задания в терминах, связанных с контролем, по-прежнему были бы выделены. Поэтому диаграмма на рис. 6-3 только приблизительно соответствует тому, как выглядела бы диаграмма АО модели контролера. Это показывает, почему модели с разными точками зрения содержат перекрывающуюся информацию.

Выбор одной точки зрения обеспечивает согласованность терминологии. Точку зрения лучше всего понимать как "вид на систему" с позиции определенного человека. Часто точка зрения непосредственно связана с конкретной ролью, выполняемой этим человеком, который является частью системы. Поскольку каждой роли, как правило,

Рис. 6-2. Все обязанности сотрудников цеха имеют одинаковые степени важности

Рис. 6-3. Некоторые функции более важны для контролера

соответствует особый жаргон, выбор определенной точки зрения означает также использование соответствующего набора терминов. Обратите внимание на терминологию рис. 6-3, с помощью которой описана работа контролера с точки зрения начальника. Здесь используются термины типа стандарты допусков и принятое задание. Теперь сравните их с теми терминами на рис. 6-4, которые описывают обработку деталей с точки зрения начальника. В этом случае используются термины типа чертеж, сырье и набор инструментов. Читая эти две диаграммы, можно представить себе двух совершенно различных людей, беседующих о своей работе. Таким образом, автор будет оперировать той терминологией, которую он почерпнет, опрашивая соответственно контролера и оператора.

Выбор точки зрения означает также выделение определенных аспектов системы и применение определенной терминологии. Без правильно расставленных акцентов и терминологии согласованное изложение практически невозможно. Одна из сложнейших задач автора в SADT -оставаться в рамках выбранной точки зрения, поскольку выявленное множество подробностей о работе системы, которые не вписываются в принятую точку зрения, вызывают сильное искушение изложить их. Например, факты, связанные с планированием задания, входят в сферу интересов как мастера, так и рабочего. Мастер в большей степени заинтересован в плане в целом и в том, сколько времени займет его выполнение. Рабочего же больше интересуют конкретные шаги, необходимые для выполнения задания. Разделив эти два вопроса и отразив их на диаграммах А1 и А2, автор ясно и раздельно описал деятельность двух очень разных работников механического цеха.

Стратегия разделения проблем осуществляется в процессе моделирования, когда авторы выбирают точку зрения для следующей модели. Например, при построении модели, которая описывает только планирование и выполнение плана-графика, можно выбрать точку зрения мастера. Аналогично, если объектом моделирования будет только обработка деталей, то наиболее подходящей является точка зрения рабочего. Если создать эти две модели, то они будут содержать перекрывающуюся информацию. В каждом из перекрывающихся описаний экспериментального механического цеха будут расставлены свои акценты. Таким образом, точка зрения не ограничивает предмет рассмотрения, но заставляет аналитика учитывать приоритеты различных аспектов системы.

Декомпозиция - это процесс создания диаграммы, детализирующей определенный блок и связанные с ним дуги. Результатом ее является описание, которое представляет собой "разламывание" родительского блока на меньшие и более частные функции. Прибавьте к этому еще и тот факт, что слово "анализ" означает разложение на составляющие, и вы получите исходное обоснование термина "структурный анализ". Но декомпозиция - это больше, чем анализ. Она включает также синтез. Подлинная декомпозиция заключается в начальном разделении объекта на более мелкие части и последующем соединении их в более детальное описание объекта. Интересно отметить, что модель показывает только результат взаимодействия анализа и синтеза.

Следуя правилам SADT, автор производит вначале анализ и синтез системных объектов, записывая, как именно подверглись разбиению объекты, входящие в ограниченный объект. На рис. 6-5 показано, что список данных начинается со всех граничных дуг и их ICOM-кодов, а заканчивается их составляющими. Затем автор просматривает список данных и, возможно, объединяет эти составляющие, чтобы выделить те объекты, которые будут выступать в качестве управляющих.

Затем автор выполняет подобный анализ и синтез функций системы, но делает это в соответствии со списком данных. В процессе свободного объединения и введения новых управляющих дуг создается список функций для дальнейшей детализации. Например, указания и чертеж заставляют автора подумать о функциях выбрать инструменты и подготовить рабочее место. Функции вносятся в список до тех пор, пока поток идей не иссякнет. Затем эти функциональные части объединяются в разумные (сбалансированные) наборы из 3-6 блоков. (Важно заметить, что применение правила "от трех до шести блоков" вынуждает автора использовать абстракцию и декомпозицию для постепенного представления деталей системы.) После определения функциональных частей список данных и список функций используются для чернового варианта диаграммы. Снова выполняются анализ и синтез, в результате чего формируются наборы объектов, которые представляются дугами, соединяющими блоки.

Такая последовательность выполнения декомпозиции имеет большое значение, поскольку в SADT анализ объектов системы оказывает важнейшее влияние на анализ

Рис. 6-4. Терминология, связанная с изготовлением нестандартных деталей

Рис. 6-5. Пример анализа и синтеза в процессе декомпозиции

функций. Когда декомпозиция выполнена таким способом, полученные блоки диаграммы активизируются главным образом благодаря дугам управления. Следовательно, дуги управления влияют на качество и обоснованность результирующей декомпозиции. На рис. 6-5 видно, что информация, содержащаяся в документах, связанных с очередным шагом рабочей инструкции, используется рабочим при выборе инструментов. Если бы это было не так, дуга очередной шаг рабочей инструкции могла бы не быть дугой управления, а действие выбрать инструменты могло бы не представлять функцию.

Правило "от трех до шести" блоков на одной диаграмме - тоже уникальная особенность SADT. Хорошо известно, что мощность краткосрочной памяти человека ограничена восприятием примерно семи категорий, каждая из которых может содержать около семи отдельных единиц информации. SADT придерживается консервативной точки зрения, разрешая в качестве верхнего предела шесть блоков - по одному на категорию. Имя блока и его граничные дуги представляют собой единицы информации, помещаемые в категории в процессе чтения диаграммы. Таким образом, SADT-диаграммы создаются так, чтобы не подвергать испытанию пределы краткосрочной памяти человека. Однако способности к запоминанию у различных людей различны. Наш опыт показывает, что диаграммы из 4-5 блоков с не более чем пятью дугами, касающимися каждого блока, приближаются к оптимальным по объему информации, которые можно быстро донести до широкой аудитории.

В процессе создания диаграммы авторы часто не уделяют достаточного внимания стратегии декомпозиции. Опытный SADT-автор в отличие от начинающих постоянно следит за стратегией декомпозиции и ее влиянием на качество модели. Ему доступно множество стратегий декомпозиции. (Этой проблеме посвящены целые книги, а в списке дополнительной литературы к данной главе приведены некоторые важные работы.) Рассмотрим в кратком обзоре некоторые наиболее часто применяемые стратегии, которым вы можете следовать, создавая модель.

Часто наилучшей является функциональная стратегия декомпозиции (декомпозиция базируется на функциональных взаимоотношениях действий системы), потому что она заставляет автора внимательно обдумывать, что делает система, независимо от того, как она работает. Кроме того, в функциональных декомпозициях отдают предпочтение подробному показу требуемых ограничений на функции системы, а не их последовательности. Поэтому мы настоятельно рекомендуем следовать этой стратегии всегда, когда это возможно. Однако в некоторых случаях чисто функциональная стратегия декомпозиции может не привести к созданию полезной модели. Ниже рассмотрены ситуации, когда преимущество следовало бы отдать другим стратегиям.

Декомпозиция в соответствии с функциями, которые люди или организации выполняют, может оказаться полезной стратегией для создания системы описаний, фиксирующей взаимодействие между людьми в процессе их работы. Декомпозиция, приведенная на рис. 6-2, описывает взаимодействие персонала механического цеха и функции, выполняемые каждым отдельным лицом. Таким образом, эта диаграмма представляет общую картину работы механического цеха, а каждый из ее потомков дает более концентрированное описание определенного рода работы (управления заданием, обработки и контроля). Иногда взаимодействие между функциями невелико, как в механическом цехе. Очень часто, однако, взаимосвязи между функциями весьма многочисленны и сложны. Вот почему мы рекомендуем использовать эту стратегию только в начале работы над моделью системы из разряда, который часто называют РЗ - первые буквы английских слов people (люди), paper (бумаги), procedures (процедуры). Это поможет собрать исходную информацию о системе, с помощью которой можно создать более обоснованную функциональную декомпозицию системы в целом.

Эффективной стратегией для систем команд и управления может оказаться декомпозиция в соответствии с уже известными стабильными подсистемами. Это приводит к созданию набора моделей, по одной модели на каждую подсистему или важную компоненту. Затем для описания всей системы должна быть построена составная модель, объединяющая все отдельные модели. Авторы этой книги работали над проектом создания моделей отдельно для торпеды, отдельно для защиты от торпед и отдельно для движения подводной лодки, а потом объединили эти модели вместе для описания способов защиты подводной лодки. Мы рекомендуем использовать разложение на подсистемы, только когда разделение на основные части системы не меняется (например, ходовая часть и двигатель в автомобиле). Нестабильность границ подсистем быстро обесценит как отдельные модели, так и их объединение.

Некоторые системы в процессе функционирования непрерывно преобразуют свои входы в конечный продукт, как, например, при очистке нефти. Стратегия декомпозиции, основанная на отслеживании цикла "от рождения до смерти" (называемого обычно "жизненным циклом") для ключевых входов системы, может оказаться эффективной для описания подобных процессов. Например, модель "Питание семьи", приведенная в приложении С, есть результат декомпозиции системы в соответствии с этапами превращения купленных продуктов в съеденные блюда. Мы рекомендуем применять эту стратегию, когда целью системы является улучшение одного из основных входов и когда вы легко можете определить последовательные стадии улучшения этого входа.

Если ничто другое не подходит, всегда можно применить декомпозицию по физическому процессу. Результатом такого сорта декомпозиции будет выделение функциональных стадий, этапов завершения или шагов выполнения. На диаграммах низкого уровня (А311, А312, А313) модели обучения из главы 13 подробно описана последовательность шагов, которую нужно выполнить, чтобы подготовить материал для обучения военных. Хотя эта стратегия полезна при описании существующих процессов (таких, например, как работа промышленного предприятия), результатом ее часто может стать слишком последовательное описание системы, которое не будет в полной мере учитывать ограничения, диктуемые функциями друг другу. При этом может оказаться скрытой последовательность управления. Мы рекомендуем эту стратегию, только если целью модели является описание физического процесса как такового или только в крайнем случае, когда вы не понимаете, как действовать.

Часто при начале работы над моделью пытаются испробовать несколько различных стратегий декомпозиции. Наш опыт показывает, что разработке качественной диаграммы АО может предшествовать несколько неудачных попыток. Первая попытка декомпозиции, в результате которой создается диаграмма АО, обычно приводит к сверхпридирчивому анализу читательской аудиторией. Эта начальная декомпозиция при детальном рассмотрении часто не соответствует цели модели. Не унывайте, когда это случится, если ваши первые попытки являются ясными и четкими. Помните, что в начале моделирования важнее ясность изложения, чем его правильность, поскольку коллективные знания экспертов, читательской аудитории, других авторов помогут вам создать полноценное общее описание, которое после детализации будет удовлетворять цели модели. Просмотрите материал уроков в данной книге и обратите внимание на то, как диаграмма АО модели "Питание семьи" изменялась по мере декомпозиции ее главных функций. В этом примере интерфейсы и ожидаемые действия главных функций подвергались большим изменениям, которые должны были найти отражение на диаграмме АО в соответствии с требованиями синтаксических правил SADT. Кроме того, несмотря на адекватность начальной стратегии декомпозиции, соответствующей полному жизненному циклу продуктов, все диаграммы модели подвергались пересмотру для получения верного и согласованного изложения этого конкретного сценария. (Полную модель "Питание семьи" см. в приложении С.) Таким образом, даже если ваша исходная стратегия декомпозиции была удачной, ожидайте больших изменений в диаграмме АО.

Постоянное, но контролируемое изменение диаграмм модели, может служить примером инженерной деятельности. Другими словами, работа в методологии SADT является инженерным процессом, поскольку она включает последовательное улучшение описания системы. Но, как при любой инженерной деятельности, процесс улучшения всегда в некоторый момент должен быть прекращен. SADT-модели должны не просто отвечать на определенный набор вопросов. Ответы на них должны иметь заданную степень точности. Поэтому декомпозиция в SADT прекращается, когда диаграммы, образующие нижний уровень модели, достаточно детализированы для достижения цели модели. Другими словами, дальнейшая декомпозиция не требуется, если модель достаточно точна, чтобы отвечать на все вопросы, соответствующие ее цели.

Например, целью модели, описывающей экспериментальный механический цех, является определение обязанностей персонала механического цеха с той степенью подробности, которая достаточна для описания этих обязанностей в учебном руководстве. Обратите внимание, что диаграмма нижнего уровня, приведенная на рис. 17-1, изображает набор обязанностей, которые могут быть легко записаны для каждого блока в одном параграфе текста. Это и является точным критерием для данной модели: процесс моделирования прекращается, когда каждый блок может быть объяснен в одном параграфе текста. Для целей учебного руководства один абзац объяснений рассматривается как достаточная точность. Поэтому, как и в других прикладных дисциплинах, разработка SADT-модели прекращается по достижении требуемой степени точности.

SADT-модели организуют естественный язык в точные и сжатые модели, а благодаря графическому языку SADT из описаний системы на естественном языке устраняется неоднозначность. Точка зрения модели влияет на то, какие аспекты системы подчеркиваются и какие аспекты затушевываются, а выбор точки зрения означает использование конкретной терминологии. Декомпозиция является процессом, используемым для построения модели. Она включает этапы как анализа, так и синтеза. В SADT предусмотрено проведение анализа объектов системы как "вступление" к анализу функций системы. Существует множество разнообразных стратегий декомпозиции. Выбор той или иной стратегии декомпозиции и получение диаграммы АО высокого качества часто требуют нескольких итераций и многих изменений. Декомпозиция прекращается, когда модель достаточно точна, чтобы отвечать на вопросы, составляющие ее цель.

• Alexander, С.: Notes on the Synthesis of form, Harvard University Press, Cambridge, Mass., 1964.
• Jackson, M.: System Development, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J., 1983.
• Orr, K.: Structured Systems Development, Yourdon Press, New York, 1977.
• Miller, G.: "The magical Number Seven, Plus Or Minus Two: Some Limits on Our Capacity for Information Processing", The Psychology Review, vol. 63, no. 2, March 1956.
• Marca, D., and McGowan, C.: "Static and Dynamic Data Modeling for Information System Design", 6 th International Conference on Software engineering Proceedings, September 1982.
• Parnas, D.: "On the Criteria to be Used in Decomposing Systems into Modules", CACM, December 1972.
• Pirsig, R.: Zen and the Art of Motorcycle Maintenance, Bantam Books, New York, 1974.
• 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. F33612-78-C-5158, SofTech, Inc., 1981.