Одними из первых важность наличия семантических моделей представления информации осознали руководители BBC США еще в середине семидесятых годов. В тот период американские BBC осуществляли реализацию программы ICAM (программы интегрированной компьютеризации производства). Целью данной программы являлось повышение продуктивности производства посредством систематического внедрения компьютерных технологий. Повышение продуктивности производства в рамках программы ICAM потребовало совершенствования способов анализа и передачи информации. В результате был разработан ряд методов информационного моделирования, известных ныне как IDEF-методология (ICAM DEFinition).

Семейство методов информационного моделирования производственных систем IDEF состоит из трех методологий, основанных на графическом представлении моделируемых объектов:

· Методология IDEF0 - используется для создания функциональной модели, которая является структурированным изображением функций производственной системы или среды, а также информации и объектов, связывающих эти функции;

· Методология IDEF1 - применяется для построения информационной модели, которая представляет структуру информации, необходимой для поддержки функций производственной системы или среды;

· Методология IDEF2 - позволяет построить динамическую модель меняющегося во времени поведения функций, информации и ресурсов производственной системы или среды.

Каждая из этих трех моделей или любое их сочетание позволяет сформировать "архитектуру" среды моделируемой системы.

Назначение модели, определенной как "архитектура", заключается в том, что она графически представляет основные взаимоотношения в среде моделируемой системы: функциональные связи, идентификацию информационных потоков (общих, разделяемых и дискретных), а также динамическое взаимодействие ресурсов.

IDEF является методологией, "архитектура" является содержанием, а повышение производительности - целью, ради которой в американской аэрокосмической промышленности была инициирована программа ICAM.

Целью программы ICAM также явилась и разработка "основных подсистем общего назначения", которые могут использоваться большим числом компаний для достижения значительного прогресса в промышленности. Эти "подсистемы" обеспечивают выполнение общих производственных функций. Такая крупномасштабная цель нуждалась в некотором связующем базисе, вокруг которого осуществлялось бы планирование, разработка и внедрение подсистем в отдельных аэрокосмических компаниях. Этот базис был назван "архитектурой производства". Для разработки "архитектуры производства" нужен был язык, с помощью которого можно описывать функционирование современной аэрокосмической промышленности. В качестве выразительного языка был выбран "метод блочного моделирования" (в котором "блок" определен как производственная ячейка или функциональная единица). Для своего успешного применения любой подобный язык должен удовлетворять следующим описанным ниже критериям.

Так как целью архитектуры является описание производства, язык должен быть в состоянии выражать производственные операции естественным и несложным образом. Поскольку моделируемый субъект является весьма обширным и сложным, язык должен быть кратким и обеспечивать простой и быстрый поиск интересующих деталей. Так как язык используется широкой аудиторией, он должен обеспечивать взаимодействие как системных аналитиков, так и конечных пользователей. Язык должен служить базой для планирования общих подсистем, их разработки и внедрения, поэтому он обязан обеспечивать достаточную строгость и точность, чтобы избежать получения неверных результатов. Поскольку предпочтительным является представление некоторой отрасли промышленности в целом, а не какой-либо отдельной компании или промышленного подразделения, методология должна включать средства отделения "организационной" структуры от "функций". Это означает, что общие соглашения могут быть достигнуты только в том случае, когда различия в организационных структурах отдельных компаний не принимаются в расчет, а рассматриваются только общие функциональные связи.

Именно для моделирования функций производственной системы или среды и служит методология IDEF0. Логика ее построения достаточно примечательна, поэтому есть смысл остановиться поподробнее на некоторых ее основополагающих чертах.

Во-первых, это графическое представление блочного моделирования. Графика "блоков и дуг" IDEF0-диаграммы отображает производственную операцию в виде блока, а интерфейсы входа/выхода "в/из операции" представляются дугами, соответственно входящими в блок и выходящими из него. Для того, чтобы иметь возможность описывать производственные операции, существующие в реальности, было предложено описывать взаимодействие блоков друг с другом посредством интерфейсных дуг, выражающих "ограничения", которые в свою очередь определяют, когда и каким образом операции выполняются и управляются.

Во-вторых, это краткость. Документация архитектуры производственной системы для полноценного охвата материала должна быть точной. Многочисленные характеристики обычных языковых текстов не удовлетворяют данному требованию. Двумерная же форма графического языка имеет требуемую точность без потери возможности выразить такие взаимоотношения, как интерфейс, обратная связь, ошибочные пути.

В-третьих, это улучшенная передача информации. В IDEF существует ряд средств, разработанных специально для улучшения передачи информации:

· диаграммы, основанные на очень простой графике блоков и дуг;

· метки на естественном языке для описания блоков и дуг, а также глоссарий и сопроводительный текст для определения точного значения элементов диаграммы;

· постепенное представление деталей, при котором на верхнем уровне иерархии показаны основные функции, а на следующих уровнях происходит их более подробное уточнение;

· схема узлов в иерархии диаграмм, обеспечивающая возможность легко составить перечень (индекс) размещенных на них деталей;

· ограничение каждой диаграммы шестью подфункциями для облегчения чтения.

В-четвертых, это строгость и точность. Выполнение правил IDEF0 требует достаточной строгости и точности в работе, чтобы удовлетворить принципам архитектуры ICAM, не накладывая в то же время чрезмерных ограничений на аналитика.

В-пятых, это соблюдение методологии моделирования. Пошаговые процедуры обеспечивают моделирование, рецензирование и решение задач итерации. Существуют и соответствующие курсы для обучения персонала аэрокосмической промышленности этим методам.

В-шестых, это отделение понятия "организация" от "функций", ею выполняемых. Отделение организации от функций включено в цель модели и осуществляется с помощью отбора имен функций и связей в процессе разработки модели. Это положение лежит в основе IDEF0-методологии, а постоянное рецензирование в ходе создания модели помогает избежать точки зрения, навязанной организацией.

Методология IDEF0 может использоваться для моделирования круга систем, где под системой понимается любая комбинация средств аппаратного и программного обеспечения, а также людей. Результатом применения методологии IDEF0 является модель. Модель состоит из диаграмм, фрагментов текста и глоссария, которые имеют ссылки друг на друга. Причем диаграммы - главные компоненты модели. На диаграммах все функции производственной системы и интерфейсы представлены как блоки (функции) и дуги (интерфейсы). Место соединения дуги с блоком определяет тип интерфейса. Управляющие производством данные входят в блок сверху, в то время как материалы или информация, которые подвергаются производственной операции, показаны с левой стороны блока; результаты выхода показаны с правой стороны. Механизм (человек или автоматизированная система), который осуществляет операцию, представляется дугой, входящей в блок снизу (рис. 1).

Для моделирования информационных процессов производственной системы или среды применяется IDEF1-методология, созданная компаниями Hugbes Aircraft и D. Appleton Company (DACOM). Она опирается как на собственные разработки обеих компаний, так и на реляционную теорию Т.Кодда и диаграммы "сущности-отношения" П.Ченна. Кроме того, разработана и активно применяется расширенная версия IDEF1 (называемая IDEF1X). В ней учтены требования и опыт проекта IISS (IISS-подход заключается в создании и использовании единого семантического определения данных как ресурса, получившего название "концептуальной схемы" и основанного на применении IDEF1-методологии моделирования), а также практика ее применения в промышленности. Улучшение методологии заключается в повышении качества графического представления, развитии семантики и упрощении процедур разработки модели. Этот усовершенствованный вариант разработан и проверен компанией DACOM в процессе реализации военно-воздушных и частных проектов как совместно с ведущими аэрокосмическими корпорациями (General Dynamics, McDonnell Douglas, Rockwell International, General Electric), так и с финансовыми корпорациями (ARCO, Security Pacific National Bank, ScheringPlough).

Необходимость определения данных с концептуальной точки зрения привела к разработке методологии моделирования данных, основанной на семантике, то есть к трактовке данных в контексте их взаимосвязей с другими данными.

Реальный мир в терминах ресурсов, идей, событий и т.п. можно символически представить в рамках физического хранения данных. Семантическая модель данных является абстрактной схемой, показывающей, как хранящиеся символы соотносятся с реальным миром. То есть такая модель в принципе должна быть верным отражением реального мира.

IDEF1Х - это методология семантического моделирования данных. Основными конструкциями IDEF1Х-модели являются:

• Предметы, к которым относятся данные, то есть люди, места, идеи, события и т.д. Они изображаются блоками.
• Отношения между этими предметами, изображаемые соединяющими блоки линиями.
• Характеристики этих предметов, изображаемые именами атрибутов внутри блоков (рис. 2).

Методология разработана с учетом следующих требований:

Поддержка разработки концептуальных схем. Синтаксис IDEF1Х поддерживает семантические конструкции, необходимые для разработки концептуальной схемы. Ей присущи непротиворечивость, расширяемость и адаптивность.

Обеспечение ясного языка. IDEF1Х имеет простую, ясную, непротиворечивую структуру и четкие семантические понятия. Синтаксис и семантика IDEF1Х сравнительно легки для понимания, хотя и являются достаточно мощным средством.

Простота для изучения. Семантическое моделирование данных - новое понятие для многих пользователей IDEF1. Проблема обучаемости этому языку является важным фактором. Язык рассчитан на понимание и использование как профессиональными бизнесменами и системными аналитиками, так и администраторами данных и разработчиками баз данных. Он может служить эффективным средством коммуникации в коллективах, состоящих из различных специалистов.

Большой опыт применения на практике. IDEF1Х базируется на многолетнем опыте предшествующих методологий и тщательно проверена как в проектах ВВС, так и в промышленности.

Возможность автоматизации. IDEF1Х-диаграммы могут создаваться большим числом графических программных пакетов. ВВС США на основе концептуальной схемы разработали активный трехсхемный словарь для построения прикладных программ и обработки запросов в распределенной неоднородной среде. Существует также коммерческое программное обеспечение, поддерживающее детализацию, анализ и управление конфигурацией IDEF1Х-моделей.

Методология IDEF1Х может применяться в различных целях, например, в таких, как планирование ресурсов данных, построение совместно используемых баз данных, оценка покупаемого программного обеспечения, объединение существующих баз данных и т.п.

В заключение хотелось бы отметить, что все вышеописанные методологии уже достаточно долгое время активно используются большинством развитых стран в передовых наукоемких отраслях промышленности, в финансовой и банковской сферах для интенсификации промышленных и финансовых процессов, а также для моделирования соответствующих им систем и объектов с целью их дальнейшего совершенствования.

Павел МОРОЗОВ