Методика построения функциональной модели предметной области для проектирования автоматизированной системы управления АСУ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА АСУ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К лабораторным работам по курсу Кибернетические основы информационных систем для подготовки студентов по направлениям Информатика и вычислительная техника и Информационные системы в экономике Уфа 1996 Авторы: Куликов Г. Г., Набатов А. Н. Лабораторная работа N 1

Методика построения функциональной модели предметной области для проектирования автоматизированной системы управления АСУ Содержание 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Цель работы Основные теоретические положения Основные приемы работы с пакетом Design/IDEF Общая схема составления функциональной модели Последовательность выполнения работы Форма отчетности Контрольные вопросы

1. Цель работы Целью работы является изучение принципов разработки и формализации предметной области в виде функциональной модели (IDEF0) с целью построения ИУС.

2. Основные теоретические положения •

• • • •

Методология IDEF0 (более известная как методология SADT-Structure Analysis and Design Technique) предназначена для представления функций системы и анализа требований к системам и является одной из самых известных и широко используемых методологий проектирования АСУ. В терминах IDEF0 система представляется в виде комбинации блоков и дуг. Блоки используются для представления функций системы и сопровождаются текстами на естественном языке. Кроме функциональных блоков другим ключевым элементом методологии является дуга. Дуги представляют множества объектов(как физических, так и информационных) или действия, которые образуют связи между функциональными блоками.

•

•

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 (рис. 1).

Рис.1 В основе методологии IDEF0 лежат следующие правила: •

• • • • •

•

Функциональный блок (или Функция) преобразует Входы в Выходы (т.е. входную информацию в выходную), Управление определяет, когда и как это преобразование может или должно произойти Исполнители непосредственно осуществляют это преобразование. С дугами связаны надписи (или метки) на естественном языке, описывающие данные, которые они представляют. Дуги показывают, как функции между собой взаимосвязаны, как они обмениваются данными и осуществляют управление друг другом. Выходы одной функции могут быть Входами, Управлением или Исполнителями для другой. Дуги могут разветвляться и соединяться. Функциональный блок, который представляет систему в качестве единого модуля, детализируется на другой диаграмме с помощью нескольких блоков, соединенных между собой интерфейсными дугами. Эти блоки представляют основные подфункции (подмодули) единого исходного модуля.

• •

Данная декомпозиция выявляет полный набор подмодулей, каждый из которых представлен как блок, границы которого определены интерфейсными дугами. Каждый из этих подмодулей может быть декомпозирован подобным же образом для более детального представления.

3. Основные приемы работы с пакетом DESIGN/IDEF

•

Выберите методологию(по умолчанию IDEF0), и нажмите - OK.

Cоздается единственный блок на странице. Начальная установка нотации для блока высшего уровня в Design/IDEF - "A0". Вы можете иметь только одну страницу высшего уровня в модели.

Создание Функциональных Блоков Есть два пути создания функциональных блоков на IDEF-странице: • •

размещая их как группу или рисуя их один за другим

Размещение Группы Блоков •

Команда Разместить Блоки (Place Boxes) в IDEF0-меню позволяет Вам расположить указанное число блоков на странице. Максимальное число блоков, которое Вы можете разместить, и их размер определяются в диалоге Атрибутов (меню-IDEF0).

•

Выберите Разместить Блоки (Place Boxes) в IDEF0 меню. В диалоге наберите число блоков для размещения на текущей странице.

•

Нажмите OK.

Блоки появляются на странице равномерно от левого верхнего угла к правому нижнему углу страницы.

Индивидуальное рисование функциональных блоков • • • •

Команда Блок в IDEF0 меню позволяет Вам нарисовать один блок. Когда Вы выбираете команду, появляется инструмент блока. Выберите IDEF Блок в IDEF0-меню. Поместите инструмент рисования блока в точку, где вы хотите получить левую верхнюю точку блока. Нажмите кнопку "мыши", чтобы нарисовать блок изначально заложенного размера.

Дополнительное нажатие кнопки "мыши" будет создавать дополнительные блоки до максимального числа блоков, позволенных на страницу. Создание стрелок • • • •

Выберите Стрелку (Arrow) из меню Создать (Create). Разместите кончик инструмента стрелки внутри ярлыка или функционального блока (исходный узел для этой стрелки). Тяните инструмент стрелки через границу исходного блока или ярлыка, до ярлыка или блока места назначения. Отпустите кнопку "мыши", чтобы закончить стрелку.

Design/IDEF рисует стрелку к стороне объекта, ближайшей к точке срабатывания "мыши".

Добавление текста к функциональному блоку Текст в функциональном блоке содержится в пределах единственного графического объекта. Когда вы делаете режим текста активным, Вы можете создать, редактировать, форматировать, выбирать и искать текст. Создание Ярлыков

• • •

Выберите Ярлык из меню Create. Поместите указатель в точку, где должен начаться текст. Нажмите кнопку "мыши" и наберите текст, который нужно поместить в ярлык.

Декомпозирование Функционального Блока • •

Выберите Блок. Выберите Декомпозировать (Decompose) из меню Page (IDEF 3.1) или меню Create (IDEF 3.5)

Добавление Данных в Глоссарий для функционально-стоимостного Анализа (ФСА) (Activity Based Costing - ABC) Команда Glossary Entry показывает информацию, записанную в Глоссарий. Следующие данные ФСА вводятся для функций: • • • •

Продолжительность Частота Стоимость для Стоимостных Центров, которые Вы определили. Сумма индивидуальных затрат функциональных центров автоматически рассчитывается и показывается в окне Total.

Проверка Синтаксиса Модели Команда Проверить (Validate) в меню Данных просматривает все страницы в Вашей текущей модели IDEF0 на соответствие нотации IDEF0 и SADT-синтаксиса.

Ошибки синтаксиса затем сообщаются согласно формату(ам), который Вы выбрали в диалоге Проверить (Validate).

Печать Design/IDEF печатает Вашу модель на выбранном Вами размере бумаги согласно опциям, которые Вы установили командой Установки Страницы(Page Setup) в меню Файла и Установок Принтера (PRINTER SETUP) в панели управления WINDOWS CONTROL PANEL для принтера, который Вы используете.

Сохранение Модели •

Выберите команду Сохранить Как (Save as) в меню File.

• •

Появляется диалог, предлагая Вам ввести имя. Используйте команду Сохранить (Save), чтобы записать все изменения в Вашей модели, введенные после последней записи на диск.

Вновь сохраненная версия заменяет старую.

4. Общая схема составления функциональной модели: • • • • • • • • • • • •

Построение модели и ее сохранение на диске в соответствии с п. 2. Разработка функциональной диаграммы. Заполнение глоссария дополнительными определениями. Дополнение диаграммы гипертекстом. Проверка синтаксиса модели. Проверка модели на наличие связей. Проверка модели на идентификаторы функций и связей. Проверка модели на управление. Функционально-стоимостной анализ. Назначение структуры стоимости. Заполнение данных. Анализ.

Данные для вариантов приведены в Приложении. Для декомпозированных и новых функциональных блоков получить данные у реподавателя. Уровень А-0

5. Последовательность выполнения работы: • • •

Изучить методику составления модели с помощью пакета Design/IDEF (пп. 1, 2). Составить схему функциональной модели в соответствии с заданным вариантом (пп. 3 и 4). В качестве гипертекста принять вариант задания, привязанный к 0-му уровню модели.

Записать модель на диск с именем: • • •

шифр группы_номер, варианта_подгруппа, например 467_1_3.idd.

6. Форма отчетности Файл с именем в соответствии с п.5 и расширением *.idd. В состав файла входят: • •

собственно модель, гипертекст,

•

глоссарий с данными ФСА.

7. Контрольные вопросы. 1. Какое назначение имеет функциональная модель в процессе проектирования автоматизированной системы управления? 2. Перечислите основные составляющие функциональной модели. 3. Опишите правила формирования функциональных блоков (иерархия, нумерация, обозначение). 4. Опишите правила создания стрелок (направление, тип интерфейса, обозначение). 5. Объясните принцип работы и порядок создания гипертекста. 6. Как выполняется функционально-стоимостной анализ по функциональной модели IDEF0? (принципы, порядок, интерпретация) Лабораторная работа N2

Методика построения информационной модели предметной области для проектирования автоматизированной системы управления (АСУ) 1.Цель работы 2.Задание 3.Теоретические положения 4.Техника 5.Приемы работы с DESIGN/IDEF при построении информационной модели 6. Контрольные вопросы

1. Цель работы Целью работы является изучение принципов разработки и формализации предметной области в виде информационной модели (IDEF1X) для построения АСУ.

2. Задание на лабораторную работу 1. Изучить методику составления модели с помощью модели с помощью пакета DESIGN/IDEF. 2. Составить схему функциональной модели в соответствии с заданным вариантом. В качестве гипертекста принять вариант задания, привязанный к 0-му уровню модели. 3. Записать модель на диск с именем: шифр группы_номер варианта_подгруппа, например, 467_1_3.idd. 4. Исходная информационная модель.

3. Основные теоретические положения Важнейшая цель информационной модели заключается в выработке непротиворчивой интерпретации данных и взаимодействий между ними с тем, что необходимо для интеграции, совместного использования и управления целостностью данных. Появление понятий концептуальной схемы данных привело к методологии семантического моделирования данных, т.е. к определению значений данных в контексте их взаимосвязей с другими данными. В 1983 году в рамках проекта военного ведомства США "Интегрированные системы информационной поддержки" (ICAM) была создана методология семантического моделирования данных IDEF1X (расширение методологии IDEF1), позволяющая логически объединять в сеть неоднородные вычислительные системы. Методология IDEF1X - один из подходов к семантическому моделированию данных, основанный на концепции Сущность - Отношение (Entity-Relationship), это инструмент для анализа информационной структуры систем различной природы. Информационная модель, построенная с помощью IDEF1X-методологии, представляет логическую структуру информации об объектах системы. Эта информация является необходимым дополнением функциональной IDEF0-модели, детализирует объекты, которыми манипулируют функции системы. Концептуально IDEF1X-модель можно рассматривать как проект логической схемы базы данных для проектируемой системы.

Сущность обладает одним или несколькими атрибутами Сущности "Сущность" представляет множество реальных или абстрактных предметов (людей, объектов, мест, событий, состояний, идей, пар предметов и т.д.), обладающих общими атрибутами или характеристиками. Отдельный элемент этого множества называется "экземпляром сущности". Каждая сущность может обладать любым количеством отношений с другими сущностями. Сущность является "независимой", если каждый экземпляр сущности может быть однозначно идентифицирован без определения его отношений с другими сущностями. Сущность называется "зависимой", если однозначная идентификация экземпляра сущности зависит от его отношения к другой сущности. Сущность обладает одним или несколькими атрибутами, которые либо принадлежат сущности, либо наследуются через отношение. Сущность обладает одним или несколькими атрибутами, которые однозначно идентифицируют каждый образец сущности. Каждая сущность может обладать любым количеством отношений с другими сущностями модели. Если внешний ключ целиком используется в качестве первичного ключа сущности или его части, то сущность явяется зависимой от идентификатора. И наоборот, если используется только часть внешнего ключа или вообще не используются внешние ключи, то сущность является независимой от идентификатора. Пример независимой сущности

Пример зависимой сущности

Отношения Отношение связи, называемое также "отношение родитель-потомок", - это связь между сущностями, при которой каждый экземпляр одной сущности, называемой родительской сущностью, при которой каждый экземпляр одной сущности, называемой родительской сущностью, ассоциирован с произвольным (в том числе нулевым) количеством экземпляров другой сущности, называемой сущностью-потомком, а каждый экземпляр сущности-потомка ассоциирован в точности с одним экземпляром сущности-родителя. Если экземпляр сущности-потомка однозначно определяется своей связью с сущностьюродителем, то отношение называется "идентифицирующим отношением". В противном случае отношение называется неидентифицирующим Пример неидентифицирующего отношения

Отношение связи изображается линией, проводимой между сущностью-родителем и сущностью-потомком с точкой на конце линии у сущности-потомка. Идентифицирующее отношение изображается сплошной линией, пунктирная линия изображает неидентифицирующее отношение. Пример идентифицирующего отношения

Отношению дается имя, выражаемое грамматическим оборотом глагола. Имя отношения всегда формируется с точки зрения родителя, так что может быть образовано предложение, если соединить имя сущности-родителя, имя отношения, выражение мощности и имя сущности-потомка. Отношение дополнительно определяется с помощью указания мощности: какое количество экземпляров сущности-потомка может существовать для сущности-родителя. Так как некоторые реально существующие объекты являются категориями других реально существующих объектов, то некоторые сущности должны, в некотором смысле, быть категориями других сущностей. Неспецифическое отношение, называемое также " P сущности.>< первой экземпляров количеством нулевым) числе том (в произвольным с связан сущности второй экземпляр каждый а сущности, другой которой при сущностями, двумя между связь это - многому", ко много отношением Пример неспецифического отношения

Атрибуты

Сущность обладает одним или несколькими атрибутами, которые являются либо собственными для сущности, либо наследуются через отношение. Атрибуты однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности. Каждый атрибут идентифицируется уникальным именем. Атрибуты изображаются в виде списка их имен внутри блока ассоциированной сущности, причем каждый атрибут занимают отдельную строку. Определяющие первичный ключ атрибуты размещаются наверху списка и отделяются от других атрибутов горизонтальной чертой. Правила атрибутов. 1. Каждый атрибут должен иметь уникальное имя, одному и тому же имени должно соотвествовать одно и то же значение. Одно и то же значение не может соотвествовать различным именам. 2. Сущность может обладать любым количеством атрибутов. Каждый атрибут принадлежит в точности одной сущности. 3. Сущность может обладать любым количеством наследуемых атрибутов, но наследуемый атрибут должен быть частью первичного ключа соотвествующей сущности-родителя или общей сущности. 4. Для каждого экземпляра сущности должно существовать значение каждого его атрибута (правило необращения в нуль). 5. Ни один из экземпляров сущности не может обладать более чем одним значением для связанного с ней атрибута (правило неповторения).

4. Техника построения модели Техника создания IDEF1X-модели заключается в выявлении сущностей,определении их атрибутов, неспецифических ("многие-ко-многим") отношениймежду ними. Затем, следуя определенным правилам, модель детализируется таким образом, чтобы все сложные виды отношений типа "многие-ко-многим" были раскрыты и заменены соответствующим множеством простых отношений. При этом необходимо следить за правильностью наследования первичных ключей, описание вторичных ключей и их атрибутов.

5. Приемы работы с пакетом Design/IDEF 1. Запуск IDEF1X Моделирования. Первый шаг в использовании DESIGN/ IDEF для IDEF1X моделирования - открытие новой IDEF1X страницы в новой или существующей IDEF1X модели. 1.1. Создание новой модели. Чтобы начать новую IDEF1X модель: o

запустите Design/IDEF;

o o

выберите NEW в меню File; появляется диалог со списком опций страниц Design/IDEF.

o o

выберите IDEF1X. Появляется чистая страница. Системное меню теперь включает пункт IDEF1X. 1.2. Открытие существующей модели. Чтобы открыть модель IDEF1X, которая уже существует:

Запустите Design/IDEF. Выберите Open в меню File. Выберите и откройте модель, с которой вы хотите работать. Появляется чистая страница. Системное меню теперь включает пункт IDEF1X. 2. Создание объектов IDEF1X класса. o o o o

2.1. Создание объектов-сущностей. a) Выберите Entity в меню IDEF1X. б) Расположите объект на странице. в) Появится окно-шаблон, которое необходимо заполнить. Name - имя сущности; Aliases - имя области, которой принадлежит данная сущность; Attributes -атрибута данной сущности. Для ввода атрибутов нажать Add.

2.2. Создание атрибутов. Name- имя атрибута, Aliases - область, которой принадлежит атрибут. Primary key - основной ключ, Alternate key - альтернативный ключ, Discriminator - дискриминатор.

Если все введено правильно нажмите OK.

Если поставлен флаг основного ключа, то вслед за именем атрибута в сущности будет (PK). Аналогично вводятся остальные атрибуты. Одновременно могут быть установлены как основной, так и альтернативный ключи. 2.3. Установление отношений между сущностями. Для установления отношений между сущностями выберите пункт Relationship в меню IDEF1X. Появивщемся курсором-стрелкой соедените сущности между, которыми хотите установить отношение. Появится шаблон: Relationship- имя атрибута родительской сущности, по которой устанавливается связь; Inverse- имя поля сущности- потомка , с которым устанавливается отношение; Relationship Type- тип устанавливаемого отношения ( идентифицирующее, неидентифицирующее или неспецифическое); Relationship Cardinality- мощность устанавливаемого отнощения.

Перемещение и изменение размеров Блоков класса Сущности Выберите блок класса сущности (внесенный в список как Родительский Узел в линейке статуса).

Треугольник и имя блока, области родительского узла будут перемещаться и изменять размер вместе с их родителем. Убедитесь, что вы выбрали больший блок перед перемещением. Если ваш класс сущности маленький, вы можете избежать случайного перемещения области, используя команду Тянуть в меню Мейкап, чтобы переместить класс сущности. Если вы случайно потянули номер класса сущности или ярлык класса сущности, вы можете отменить действие, если вы нажмете ESC перед тем, как отпустите кнопку "мыши". Если вы отпустили кнопку "мыши", вы можете реверсировать процесс, нажав кнопку SHIFT при выборе команды.

Контрольные вопросы 0. Дайте характеристику модели Чена типа "сущность-связь". 1. Опишите известные формы представления данных 2. Какое назначение имеет информационная модель в процессе проектирования автоматизированной системы управления. 3. Перечислите основные составляющие информационной модели. 4. Опишите правила формирование сущностей (типы, элементы, нумерация, обозначение). 5. Опишите правила создания связей (направление, тип, обозначение). 6. Объясните принцип работы и порядок создание дискриминатора.