Без моделирования невозможна вообще никакая деятельность. В системном анализе модель проблемной ситуации нужна для того, чтобы на ней «проиграть» возможные варианты вмешательств, чтобы отсечь не только те, которые окажутся неулучшающими, но и выбрать среди улучшающих наиболее (по нашим критериям) улучшающие.
Построение качественных моделей — больше искусство, чем наука. Но есть несколько полезных советов.
1. Следует разделить все входные факторы задачи на управляемые и неуправляемые. Управляемые переменные подвластны нам, неуправляемые характеризуют условия, ограничения задачи.
2. При выделении управляемых переменных надо иметь в виду, что связь между переменными может ошибочно приниматься за причинноследственную. Мы часто относим к числу управляемых только известные, знакомые нам по опыту факторы. Обойти эту опасность можно, создавая междисциплинарные группы разработчиков, с разных сторон смотрящих на проблему.
3. При рассмотрении неуправляемых факторов очень перспективным для решения проблемы является превращение неуправляемой переменной в управляемую. И, конечно, перспективно изучение фактора, не управляемого вследствие недостатка знаний о нем.
4. Полезно иметь в виду, что стремление свести все связи к причинно-следственным часто ведет к неадекватности модели. Полезно использовать понятия направленной корреляции, продуцента — продукта, окружающей среды и условий и т.д.
В практике все большее значение придается количественному моделированию. Модель «прозрачного ящика» (комбинация моделей черного ящика, состава и структуры системы) в этом случае воплощается в виде некоторой формулы или алгоритма, связывающих входные переменные $X$ с выходными $Y$ : $Y = n(X)$. Количественные модели могут быть описательными, феноменологическими, когда формула конструируется эвристически, а ее коэффициенты подбираются для наилучшего согласования с экспериментальными данными.
Важный аспект такого построения количественных моделей осветил Р. Акофф в своем 21-м «антизаконе менеджмента»: «Чем меньше менеджеры понимают свой бизнес, тем больше переменных им требуется для его объяснения. $E = m·c^2$ (специальная теория относительности) содержит одну независимую переменную $m$, и объясняет, пожалуй, наиболее сложное явление, понятое учеными. Тогда почему требуется тридцать пять переменных, чтобы объяснить, почему люди предпочитают конкретный магазин и покупают определенную крупу? Ответ очевиден: эти явления не поняты. Чем менее понятно что-то, тем больше переменных нужно для создания якобы объяснения этого. Именно поэтому, когда менеджеры не понимают, что происходит, они собирают всю информацию, какую только могут. Не зная, какая информация релевантна, они боятся пропустить что-то существенное. Как следствие, они страдают гораздо больше от избытка несущественной информации, чем от недостатка существенной».
Предпочтительной является другая форма количественной модели, когда формула выводится из определенных теоретических предположений. В любом случае стоит задача идентификации модели, т.е. определение параметров модели, при которых теоретические предсказания и практические наблюдения согласуются наилучшим образом.
Для решения задач моделирования сложных систем существуют специальные методологии и стандарты. К таким стандартам относятся методологии семейства IDEF. С их помощью можно эффективно отображать и анализировать модели деятельности широкого спектра сложных систем в различных разрезах. При этом широта и глубина обследования процессов в системе определяется самим разработчиком, что позволяет не перегружать создаваемую модель излишними данными. В настоящий момент к семейству IDEF можно отнести следующие стандарты:
Функциональный блок графически изображается в виде прямоугольника и олицетворяет собой некоторую конкретную функцию в рамках рассматриваемой системы. По требованиям стандарта название каждого функционального блока должно быть сформулировано в глагольном наклонении (например, «производить услуги», а не «производство услуг»).
Каждый функциональный блок в рамках единой рассматриваемой системы должен иметь свой уникальный идентификационный номер. Каждая из четырех сторон функционального блока имеет своё определенное значение:
Вторым основным понятием методологии IDEF0 является понятие интерфейсной дуги (Arrow). Также интерфейсные дуги часто называют потоками или стрелками. Интерфейсная дуга отображает элемент системы, который обрабатывается функциональным блоком или оказывает иное влияние на функцию, отображенную данным функциональным блоком.
Графическим отображением интерфейсной дуги является однонаправленная стрелка. Каждая интерфейсная дуга должна иметь свое уникальное наименование (Arrow Label). По требованию стандарта, наименование должно быть оборотом существительного.
С помощью интерфейсных дуг отображают различные объекты, в той или иной степени определяющие процессы, происходящие в системе. Такими объектами могут быть элементы реального мира (детали, сотрудники и т.д.) или потоки данных и информации (документы, данные, инструкции и т.д.). В зависимости от того, к какой из сторон подходит данная интерфейсная дуга, она носит название «входящей», «исходящей» или «управляющей». Только функциональные блоки могут быть «источником» (началом) и «приёмником» (концом) каждой функциональной дуги. При этом, выходная сторона может быть только «источником», а остальные три – только «приёмником».
По требованиям стандарта любой функциональный блок должен иметь, по крайней мере, одну управляющую интерфейсную дугу и одну исходящую. Действительно, имеет смысл рассматривать только те процессы, которые происходят по каким-то правилам и выдают некоторый результат. Обязательное наличие управляющих интерфейсных дуг является одним из главных отличий стандарта IDEF0 от других методологий классов DFD (Data Flow Diagram) и WFD (Work Flow Diagram).
Входящие и управляющие интерфейсные дуги имеют схожую природу. При проектировании важно правильно отделять их друг от друга. Например, «технологические указания» можно рассматривать как управление при обработке детали:
Когда имеем дело с процессом коррекции технологических указаний, «технологические указания» поступают на вход функционального блока:
В случае рассмотрения предприятий и организаций существуют пять основных видов объектов:
При этом в различных случаях входящими и исходящими интерфейсными дугами могут отображаться все виды объектов, управляющими – только относящиеся к потокам документов и информации, а дугами-механизмами – только ресурсы.
Для того чтобы сделать диаграммы удобочитаемыми, стандарт IDEF0 рекомендует размещать не менее трех и не более шести функциональных блоков на диаграмме. Кроме этого рекомендуется ограничить количество подходящих к одному функциональному блоку (выходящих из одного функционального блока) интерфейсных дуг четырьмя.
Третьим основным понятием стандарта IDEF0 является декомпозиция (Decomposition). Декомпозиция позволяет постепенно и структурировано представлять модель системы в виде иерархической структуры отдельных диаграмм, что делает модель менее перегруженной и легко усваиваемой. Уровень детализации процесса определяется разработчиком модели.
Модель IDEF0 всегда начинается с представления системы как единого целого – одного функционального блока с интерфейсными дугами, простирающимися за пределы рассматриваемой области. Такая диаграмма с одним функциональным блоком называется контекстной диаграммой, и обозначается идентификатором «А-0». В пояснительном тексте к контекстной диаграмме должна быть указана цель построения диаграммы (Purpose) в виде краткого описания и зафиксирована точка зрения (Viewpoint).
Цель определяет области в исследуемой системе, на которых необходимо сфокусироваться в первую очередь. Например, модель, разработанная с целью формирования основы для построения информационной системы, будет существенно отличаться от модели построенной с целью оптимизации логистических цепочек.
Правильный выбор точки зрения существенно сокращает временные затраты на построение конечной модели, поскольку именно точка зрения определяет основное направление развития модели и уровень необходимой детализации. Например, функциональные модели одного и того же предприятия, с точек зрения главного технолога и финансового директора, будут существенно различаться по направленности их детализации.
В процессе декомпозиции, функциональный блок подвергается детализации на другой диаграмме. Получившаяся диаграмма второго уровня содержит функциональные блоки, отображающие главные подфункции функционального блока и называется дочерней (Child diagram) по отношению к нему. В свою очередь, диаграмма, которая содержит родительский блок (Parent Box), называется родительской диаграммой (Parent Diagram). Каждая из подфункций дочерней диаграммы может быть далее детализирована путем аналогичной декомпозиции соответствующего ей функционального блока. В случае декомпозиции функционального блока все интерфейсные дуги, входящие в данный блок, или исходящие из него фиксируются на дочерней диаграмме. Этим достигается структурная целостность IDEF0-модели.
Следует обратить внимание на взаимосвязь нумерации функциональных блоков и диаграмм – каждый блок имеет свой уникальный порядковый номер на диаграмме (цифра в правом нижнем углу прямоугольника), а обозначение под правым углом указывает на номер дочерней для этого блока диаграммы. Отсутствие этого обозначения говорит о том, что декомпозиции для данного блока не существует.
Часто бывают случаи, когда отдельные интерфейсные дуги не имеет смысла продолжать рассматривать в дочерних диаграммах ниже какого-то определенного уровня в иерархии, или наоборот – отдельные дуги не имеют практического смысла выше какого-то уровня. Иногда необходимо избавиться от отдельных «концептуальных» интерфейсных дуг и не детализировать их глубже некоторого уровня. Для решения подобных задач в стандарте IDEF0 предусмотрено понятие туннелирования. Обозначение «туннеля» (Arrow Tunnel) в виде двух круглых скобок вокруг начала интерфейсной дуги обозначает, что эта дуга не была унаследована от функционального родительского блока и появилась (из «туннеля») только на этой диаграмме. В свою очередь, такое же обозначение вокруг конца интерфейсной дуги в непосредственной близи от блока – приёмника означает тот факт, что в дочерней, по отношению к этому блоку, диаграмме эта дуга отображаться и рассматриваться не будет.
Последним из основных понятий IDEF0 является глоссарий (Glossary). Для каждого из элементов IDEF0: диаграмм, функциональных блоков, интерфейсных дуг стандарт подразумевает создание и поддержание набора соответствующих определений, ключевых слов, повествовательных изложений и так далее, которые характеризуют объект, отображенный данным элементом. Этот набор называется глоссарием и является описанием сущности данного элемента. Например, для управляющей интерфейсной дуги «распоряжение об оплате» глоссарий может содержать перечень полей соответствующего дуге документа, необходимый набор виз и прочее. Другими словами глоссарий дополняет наглядные диаграммы необходимой дополнительной информацией.
Стандарт IDEF0 содержит набор процедур, которые позволяют разрабатывать и согласовывать модель большой группой людей, принадлежащих к разным областям деятельности моделируемой системы. Наглядность графического языка IDEF0 делает модель вполне читаемой и для лиц, которые не принимали участия в проекте ее создания, а также эффективной для проведения показов и презентаций.
IDEF – методологии семейства ICAM (Integrated Computer-Aided Manufacturing) для решения задач моделирования сложных систем, позволяет отображать и анализировать модели деятельности широкого спектра сложных систем в различных разрезах. При этом широта и глубина обследования процессов в системе определяется самим разработчиком, что позволяет не перегружать создаваемую модель излишними данными.
IDEF – методологии создавались в рамках предложенной ВВС США программы компьютеризации промышленности – ICAM, в ходе реализации которой выявилась потребность в разработке методов анализа процессов взаимодействия в производственных (промышленных) системах. Принципиальным требованием при разработке рассматриваемого семейства методологий была возможность эффективного обмена информацией между всеми специалистами – участниками программы ICAM (отсюда название: Icam DEFinition – IDEF другой вариант – Integrated DEFinition). После опубликования стандарта он был успешно применен в самых различных областях бизнеса, показав себя эффективным средством анализа, конструирования и отображения бизнес-процессов. Более того, собственно с широким применением IDEF (и предшествующей методологии – SADT) и связано возникновение основных идей популярного ныне понятия – BPR (бизнес-процесс реинжиниринг).
Примером может служить современная система теплоснабжения, которая представляет сложный комплекс функционально взаимосвязанных элементов. Основными технологическими процессами являются: производство тепловой энергии в виде пара и горячей воды энергетическими источниками за счет исходных ресурсов, а также по возможности производство электроэнергии; транспорт энергоносителя, с соответствующими параметрами; потребление тепловой энергии. Система централизованного теплоснабжения также включает в себя подсистему управления централизованным теплоснабжением.
