Узел-Функция-Объект

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

«Узел-Функция-Объект» — системный подход, представляющий систему в виде целостной трехэлементной конструкции, состоящей из узла, функции и объекта (УФО-подход). УФО-подход является развитием системных представлений Г. П. Мельникова, наиболее подробно описанных в его книге «Системология и языковые аспекты кибернетики» (М.: Советское радио, 1978. — 368 с.). В рамках данного системного (системно-объектного) подхода любая система полностью описывается тремя элементами: структурным, динамическим (процессный) и субстанциальный.

Назначение и области применения[править | править вики-текст]

УФО-подход предназначен, в первую очередь, для обеспечения информационно-аналитического сопровождения деятельности организаций различного профиля, то есть для повышения «прозрачности» и управляемости организационно-деловых и производственно-технологических процессов (бизнес-процессов) посредством разработки и использования типовых формализованных электронных моделей, обеспечивающих анализ и реинжиниринг этих процессов.
Он может быть использован:
— в процессе организационного проектирования и управленческого консультирования, для которых необходимо структурное, функциональное и объектное моделирование;
— при осуществлении реинжиниринга бизнеса, в рамках которого осуществляется моделирование бизнеса «как есть» и «как должно быть»;
— при проектировании и внедрении информационных систем, в частности при разработке объектно-ориентированного программного обеспечения, начинающегося с моделирования бизнес-процессов для, которых разрабатывается данное ПО;
— для обеспечения оказания государственных и муниципальных услуг населению в электронном виде.

Суть системно-объектного УФО-подхода[править | править вики-текст]

Рассмотрим суть УФО-подхода, в соответствии с учебником «Теория систем и системный анализ» (Маторин С. И., Зимовец О. А.)
Основополагающим для данного подхода является понимание системы как функционального объекта, функция которого обусловлена функцией объекта более высокого яруса, что соответствует определению системы в упомянутой выше работе Г.П. Мельникова. Дальнейшее представление системы как триединой конструкции является прямым следствием из этого определения.
Во-первых, каждая система характеризуется определенными видами связей с другими системами. Если связи отсутствуют, то данную систему рассматривать вообще не имеет никакого смысла. При этом, с точки зрения других систем, любая конкретная система представляется перекрестком, то есть узлом, связей, по которым что-либо поступает к ней («втекает») от других и что-либо поступает от неё («вытекает») к другим. Следовательно, любая система имеет структурную характеристику.
Во-вторых, с точки зрения втекающих и вытекающих потоков/связей, каждая система характеризуется функциональными способностями (процессами, функциями), обеспечивающими преобразование «втекающих» по связям ресурсов в «вытекающие» ресурсы. Эти функциональные способности (процессы) обеспечивают баланс «притока» и «оттока» по функциональным связям узла, занимаемого данной системой. Следовательно, любая система имеет динамическую характеристику.
В-третьих, с точки зрения функциональных способностей балансировать определенный узел, каждая система характеризуется как материальный объект, реализующий эти функциональные способности (функциональные зависимости), то есть физически осуществляющий эти процессы. Следовательно, любая система имеет субстанциальную характеристику.
Данные рассуждения приводят к необходимости единовременного представления любой системы с трех точек зрения (см. рис. 5.1):

  • как структурного элемента надсистемы в виде перекрестка связей с другими системами — узла;
  • как динамического элемента, выполняющего определенную роль с точки зрения поддержания надсистемы путём балансирования данного узла — функции;
  • как субстанциального элемента, реализующего данную функцию в виде некоторого материального образования, обладающего конструктивными, эксплуатационными и т. д. характеристиками — объекта.

Следовательно, разбиение системы на подсистемы, представляющие собой трехэлементные конструкции «Узел — Функция — Объект» (УФО-элементы), обеспечивает единство функциональной и объектной декомпозиций, так как является наиболее адекватным реальной действительности способом представления структуры, состава и функциональности системы, с учетом её взаимодействия со средой. Подход «Узел — Функция — Объект» (УФО-подход) позволяет рассматривать любую систему или предметную область как совокупность взаимодействующих УФО-элементов (как УФО-конфигурацию), так как любое явление действительности (см., например, таблицу) представляет собой структурную часть ещё более целого (взаимодействует с другими явлениями); функционирует определенным образом и при этом является каким-то материальным образованием.

Узел Интенция Причина Потребность Мотив Требования
Функция Потенция Условие Возможность Отсутствие алиби Проектирование
Объект Экстенция Результат (следствие) Деятельность Веществ. доказательства Реализация

УФО-элементы, собранные в различные конфигурации, образуют диаграммы взаимодействия элементов, которые позволяют визуализировать структуру и функциональность элементов системы более высокого уровня. Таким образом, система представляется в виде иерархии УФО-элементов. Данное представление позволяет учесть различные аспекты рассмотрения системы (структурные, функциональные, объектные) в одной системно-объектной модели — УФО-модели. Иерархия УФО-элементов и их конфигураций основана на классификации связей (потоков), пересечения которых и образуют узлы. Моделирование любой системы начинается со специализации базовой категориальной классификации связей (см. Рис. 5.2) под конкретную предметную область. В данной классификации абстрактная категория «Связь (L)» делится на классы «Материальная связь (M)» и «Информационная связь (I)»; класс M связей делится на подклассы «Вещественная связь (S)» и «Энергетическая связь (E)», класс I связей — на подклассы «Связь по данным (D)» и «Управляющая связь (C)».
Если хранить модели систем разного уровня иерархии в виде УФО-элементов (в УФО-библиотеке), то возникает возможность конструирования моделей сложных систем или предметных областей в виде совокупность готовых взаимодействующих УФО-элементов, составляющих различные УФО-конфигурации. Для сборки модели из готовых составных частей определены следующие правила комбинирования УФО-элементами (правила системной декомпозиции): 1. Присоединения: элементы должны присоединяться друг к другу в соответствии с качественными характеристиками присущих им связей. 2. Баланса: при присоединении элементов друг к другу (в соответствии с первым правилом) должен обеспечиваться баланс «притока» и «оттока» по входящим и выходящим функциональным связям. 3. Реализации: при присоединении элементов друг к другу (в соответствии с первым и вторым правилами) должно быть обеспечено соответствие интерфейсов и количественных объектных характеристик функциональным.
Для решения прикладных задач с помощью УФО-подхода используется графический формализм или «образ» системы (см. Рис. 5.4). Данное образное представление определяет виды входных и выходных связей системы, аналогично образу функционального блока в стандарте функционального моделирования IDEF0. В данном случае, однако, сторона образа для входных и выходных связей не фиксируется. Входы подразделяются на: входы обрабатываемые (S, E, D), обеспечивающие (S, E, D), управление (C). Выходы — на: результирующие (S, E, D, C), информационные (D), отходы (S, E, D). УФО-подход позволяет объединить структурное, функциональное (процессное) и объектное моделирование в одной модели в ходе системно-объектного УФО-анализа.

УФО-анализ и моделирование. Инструментарий[править | править вики-текст]

Процедура УФО-анализа (системного анализа) и моделирования системы как конфигурации УФО-элементов состоит из следующих основных шагов:
1. Выявление узлов связей в структуре моделируемой системы на основании её функциональных связей в целом (с другими системами), определяемых возникшей проблемой.
2. Определение функциональности, поддерживающей (обеспечивающей, балансирующей) обнаруженные узлы.
3. Определение объектов, соответствующих выявленной функциональности, то есть её реализующих.
Первый шаг УФО-анализа может быть отождествлен с этапом собственно анализа проблем системы или предметной области, второй — с этапом проектирования системы, а третий — с её реализацией. При этом эти шаги предваряются обязательным подготовительным этапом. Задачей подготовительного этапа является настройка (адаптация) соответствующей библиотеки УФО-элементов к конкретной проблеме и сфере деятельности системы. УФО-подход и основанная на нём методика УФО-анализа, по сути дела, предоставляют аналитику конструктор для сборки моделей систем. Существенной, в данном случае, является предоставляемая возможность создавать детали, из которых будет потом конструироваться нужная модель. Эти детали описываются в виде библиотечных УФО-элементов и хранятся в соответствующей УФО-библиотеке, что дает возможность при решении возникающих проблем достичь необходимой степени точности и адекватности создаваемых моделей.
Кроме того, наличие библиотеки, то есть алфавита, УФО-элементов и формальных правил комбинирования ими позволяет автоматизировать процесс сборки конфигурации из этих элементов. Для этого необходимо, во-первых, доработать классификацию связей с учетом особенностей данной системы и предметной области. Во-вторых, необходимо адаптировать наиболее подходящую для данного случая библиотеку УФО-элементов таким образом, чтобы она включала как можно больше частей, потенциально пригодных для моделирования (сборки) системы. В-третьих, необходимо с максимальной степенью точности и подробности описать моделируемую систему в виде узла, то есть перекрестка входных и выходных связей из доработанной классификации. При выполнении названных условий построение модели системы из частей может рассматриваться как сборка УФО-конфигурации из библиотечных УФО-элементов, которая выполняется по формальным правилам, то есть автоматически.
Для автоматизированного применения УФО-анализа используется специальное программное средство — «UFO-toolkit». Данное средство может рассматриваться или как CASE-инструментарий, или как BI-инструментарий, использующий базу знаний специальной конфигурации для обеспечения компонентного подхода к моделированию, учета семантики предметной области и интеллектуализации взаимодействия с пользователем. Он обладает следующими особенностями:

  • значительно снижает трудоемкость проектирования за счет увеличения степени автоматизации аналитической деятельности;
  • повышает объективность анализа и адекватность моделирования;
  • автоматизирует процесс создания моделей путём использования готовых (алфавитных, библиотечных) функциональных объектов, представленных в базе знаний инструмента в виде УФО-библиотек;
  • обеспечивает «интеллектуальное» взаимодействие с пользователем, в частности путём «узнавания» готовых компонент (УФО-элементов).

На сайте данного инструментария можно познакомится с видами создаваемых УФО-моделей и примерами. Скачать данный программный пакет и пользовательскую документацию к нему для работы, скачать исходный код для участия в развитии данного инструментария, а также задать вопросы специалистам на форуме.
Использование описанной методики УФО-анализа значительно облегчает построение моделей из стандартизованных деталей. Однако эта методика не исключает возможности разработки отдельных новых оригинальных деталей (даже моделей целых систем) в виде УФО-элементов, если стандартных (библиотечных) УФО-элементов не достаточно. При этом данная методика, согласуясь со всеми принципами объектного подхода, обеспечивает полноценное повторное использование однажды разработанных и хранимых элементов.

История возникновения и развития[править | править вики-текст]

УФО-подход разработан, в первую очередь, как средство согласования системного и объектного подходов, которые апологетами последнего рассматриваются как «ортогональные» (см., например, работы 1—7 в разделе «Литература»). Впоследствии на основе УФО-подхода и инструментария «UFO-toolkit» предложена технология моделирования организационных систем и деловых процессов (см., например, работы 8—11 в разделе «Литература»). Эта технология показала свою эффективность, например, при организации сервисной службы телевизионной и радиовещательной сети (см., например, работы 14, 15 в разделе «Литература»), при проектировании систем управления наружным освещением (см., например, работу 16 в разделе «Литература»), в процессе обоснования универсальности УФО-подхода и возможности представления в терминах «Узел-Функция-Объект» диаграмм DFD, IDEF0 и BPMN (см., например, работу 17 в разделе «Литература»), а также при моделировании административных процедур в целях обеспечения оказания государственных и муниципальных услуг населению в электронном виде (см., например, работу 19 в разделе «Литература»).
Подход и инструментарий продолжают развиваться в соответствии с замыслом коллектива разработчиков (см. работы 12, 13 в разделе «Литература»). В ходе реализации данного плана на основе УФО-подхода разработаны системно-объектный метод представления организационных знаний (см., например, работы 18, 22 в разделе «Литература»), а также методика функционально-стоимостного анализа и соответствующий модуль к пакету «UFO-toolkit» (см., например, работу 23 в разделе «Литература»). Кроме того, проводятся исследования с целью разработки на основе УФО-подхода технологии построения онтологий (см., например, работу 24 в разделе «Литература»), а также технологии имитационного моделирования, в частности транспортных потоков (см. работу 25 в разделе «Литература»).
Исследования по развитию и совершенствованию УФО-подхода поддержаны грантами РФФИ № 08-07-00112а, № 10-07-00266а, № 13-07-00096а, № 13-07-12000офи_м.

Формализация УФО-подхода[править | править вики-текст]

Опыт применения УФО-подхода убедил в необходимости и возможности формализации его основных положений для повышения результативности и эффективности. Так как рассматриваемый подход является графоаналитическим, в качестве средств формализации используются алгебраические аппараты, так или иначе связанные с теорией графов.
Формализация УФО-подхода средствами теории паттернов Гренандера путём представления УФО-элемента, как системы, с помощью образующей теории паттернов оказалась полезной при проектировании сервисной службы телевизионной и радиовещательной сети (см., например, работы 14, 15 в разделе «Литература»).
Применение алгебраического аппарата ПИ-исчисления Милнера путём введения в данное исчисление УФО-элемента как графического формализма позволило формально описать его функциональный узел и оказалось полезным при проектировании систем управления наружным освещением (см., например, работу 16 в разделе «Литература»).
Интеграция исчисления объектов Абади-Кардели и исчисления CCS Милнера позволила формально описать УФО-элемент как абстрактный объект особого класса, что позволило разработать системно-объектный метод представления организационных знаний (см., например, работы 18, 22 в разделе «Литература»).
Интеграция алгебраических средств теории паттернов и исчисления CCS позволила формально описать процедуры декомпозиции и агрегации УФО-элементов и ввести основные понятия (операции) исчисления систем как функциональных узлов, что оказалось полезным при моделировании административных регламентов (см., например, работы 19—21 в разделе «Литература»).

Литература[править | править вики-текст]

  1. Маторин С. И. Системология и объектно-ориентированный подход (проблемы формализации и перспективы стыковки). — Москва: НТИ, 2001. — № 8. — С. 1-8.
  2. Маторин С. И. О новом методе системологического анализа, согласованном с процедурой объектно-ориентированного проектирования. Часть 1 // Кибернетика и системный анализ. — 2001. — № 4. — С. 119-132.
  3. Matorin S. I. A New Method Of Systemological Analysis Coordinated With The Object-Oriented Design Procedure. I // Cybernetics and Systems Analysis.. — Plenum Publishing Corporation, 2001. — Вып. 37. — № 4. — С. 562-572.
  4. Маторин С. И. О новом методе системологического анализа, согласованном с процедурой объектно-ориентированного проектирования. Часть 2 // Кибернетика и системный анализ. — 2002. — № 1. — С. 118-130.
  5. S.I. Matorin A New Method Of Systemological Analysis Coordinated With The Object-Oriented Design Procedure. II // Cybernetics and Systems Analysis. — Plenum Publishing Corporation, 2002. — Вып. 38. — № 1. — С. 100-109.
  6. Маторин С. И.. Анализ и моделирование бизнес-систем: системологическая объектно-ориентированная технология / Предисловие Э. В. Попова. — Харьков: ХНУРЭ, 2002. — 322 с.
  7. Маторин С. И. Теория и методы системологического моделирования и их применение для информационно-аналитического сопровождения организационных систем // Автореф. дис. докт. техн. наук. — Харьков: ХНУРЭ, 2003. — С. 36.
  8. Маторин С. И., Попов А. С., Маторин В. С. Моделирование организационных систем в свете нового подхода «Узел-Функция-Объект». — НТИ, 2005. — № 1. — С. 1-8.
  9. S. Matorin, A. Popov, V. Matorin Organization simulation technology in the light of a new unit-function-object approach // Automatic Document and Math-ematical Linguistics. — New York: Allerton Press, Inc, 2005. — Вып. 39. — № 1. — С. 1-8.
  10. Маторин С. И., Попов А. С. «UFO-toolkit» — BI-инструментарий нового поколения.
  11. Маторин С. И., Попов А. С., Маторин В. С. УФО-технология моделирования организационных систем.
  12. Маторин С. И., Зимовец О. А., Жихарев А. Г. О развитии технологии графоаналитического моделирования бизнеса с использованием системного подхода «Узел-Функция-Объект». — НТИ, 2007. — № 11. — С. 10-17.
  13. S. Matorin, O. Zimovets, A. Zhikharev On the Technology Development of Graphic-Analytical Business Modeling with the Use of the System Approach of «Knot-Function-Object» // Automatic Document and Mathematical Linguistics. — New York: Allerton Press, Inc., 2007. — Вып. 41. — № 6. — С. 242-250.
  14. Жихарев А. Г., Зимовец О. А., Маторин С. И., Трубицин С. Н. Системно-объектное моделирование сервисной службы телевизионной и радиовещательной сети // Информационные технологии и вычислительные системы. — 2009. — № 3. — С. 75-87.
  15. Трубицин С. Н. Информационно-логическое моделирование сервисного обслуживания телерадиовещательной сети // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.01 (системный анализ, управление и обработка информации). Защищено 12.04.2010 в Совете Д 002.086.02 при Учреждении Российской академии наук Институте системного анализа РАН.
  16. Михелев М. В. Формализация визуальных графоаналитических моделей процессов управления // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.01 (системный анализ, управление и обработка информации). Защищено 7.06.2011 в Совете Д 212.015.10 при ФГАОУ ВПО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»..
  17. Зимовец О. А., Маторин С. И. Представление диаграмм в нотациях DFD, IDEF0 и BPMN с помощью системно-объектных моделей «Узел-Функция-Объект» // Научные ведомости БелГУ. — 2011. — Вып. 20/1. — № 19(114).
  18. Жихарев А. Г., Маторин С. И. Метод формализации организационных знаний // Искусственный интеллект и принятие решений. — 2011. — № 2. — С. 12-18.
  19. Зимовец О. А., Маторин С. И. Формализованное визуальное моделирование административных процедур // Прикладная информатика. — 2012. — № 2(38). — С. 100-110.
  20. Зимовец О. А., Маторин С. И. Интеграция средств формализации графоаналитических моделей «Узел-Функция-Объект» // Искусственный интеллект и принятие решений. — 2012. — № 1. — С. 95-102.
  21. O. Zimovets, S. Matorin Integration of Formalization Tools for Graphical-Analytical «Unit-Function-Object» Models // cientific and Technical Information Processing. — Allerton Press, Inc., 2013. — Вып. 40. — № 6. — С. 1-7.
  22. Жихарев А. Г. Формализованное графоаналитическое представление организационных знаний // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.17 (теоретические основы информатики). Защищено 02.10.2013 в Совете Д 212.015.10 при ФГАОУ ВПО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»..
  23. Зайцева Н. О., Маторин С. И., Белов А. С. Создание модуля функционально-стоимостного анализа для CASE-инструментария «UFO-toolkit» // Научные ведомости БелГУ. — 2013. — Вып. 27/1. — № 15(158). — С. 145-150.
  24. Слободюк А. А., Маторин С. И., Четвериков С. Н. О подходе к созданию онтологий на основе системно-объектных моделей предметной области // Научные ведомости БелГУ. — 2013. — Вып. 28/1. — № 22(165). — С. 159—167.
  25. Маторин С. И., Жихарев А. Г., Зайцева Н. О., Четвериков С. Н. Системный подход «Узел-Функция-Объект» при моделировании транспортных потоков // Труды ИСА РАН. — 2014. — Т. 64, № 1. — С. 9-18.
  26. Зимовец О. А., Маторин С. И. Системное графоаналитическое моделирование административных процедур. — Белгород: ООО ГиК, 2014. — С. 134.
  27. Жихарев А. Г., Маторин С. И., Черноморец А. А. Системно-объектный метод представления знаний. — Белгород: ИД «Белгород» НИУ «БелГУ», 2014. — С. 140.
  28. Вовченко А. И., Ломазов В. А., Маторин С. И., Михайлова В. Л., Петросов Д. А. Анализ сложных динамических систем на основе применения экспертных технологий. — Белгород: БелГСХА, 2014. — С. 166.
  29. Маторин С. И., Жихарев А. Г., Зайцева Н. О., Четвериков С. Н. Системный подход "Узел-Функция-Объект" при моделировании транспортных потоков // Труды ИСА РАН. — 2014. — Т. 64, № 1. — С. 9-18.
  30. Жихарев А. Г., Маторин С. И., Зайцева Н. О. Формализация моделей перекрестков транспортных потоков с применением УФО-подхода // Вопросы радиоэлектроники. — 2014. — Вып. 2. — С. 117-125.
  31. Кобзева А. И., Маторин С. И., Сергеев С. В. Описание и систематизация элементов различных нотаций компьютерного моделирования бизнес-процессов // Вопросы радиоэлектроники. — 2014. — Вып. 2. — С. 125-138.
  32. Винтаев В. Н., Жиленев М. Ю., Маторин C. И., Ушакова Н. Н., Щербинина Н. В. Адаптивное восстановление резкости на цифровых космических изображениях // Информационные технологии и вычислительные системы. — 2014. — № 4. — С. 17-27.
  33. Жихарев А. Г., Маторин С. И., Зайцева Н. О. Разработка средств и методов имитационного моделирования транспортных потоков города // Научные ведомости БелГУ. — 2014. — Вып. 29/1. — № 1(172). — С. 66-69.
  34. Тубольцев М. Ф., Маторин С. И., Тубольцева О. М. Управление многофазовыми финансовыми потоками на основе математического моделирования финансовых операций. — Научные ведомости БелГУ, 2014. — Вып. 29/1. — № 1(172). — С. 135-141.
  35. Тубольцев М. Ф., Маторин С. И., Тубольцева О. М. Моделирование трехфазных деловых процессов на основе применения процесса восстановления // Научные ведомости БелГУ. — 2014. — Вып. 30/1. — № 8(179). — С. 123-127.
  36. Белов С. П., Зимовец О. А., Маторин С. И. Формализация графических моделей административных процедур и их описание на языке исполнения бизнес-процессов // Научные ведомости БелГУ. — 2014. — Вып. 31/1. — № 15(186). — С. 128-138.
  37. Тубольцева О. М., Маторин С. И. Моделирование деловых процессов на основе специализированного УФО-метода // Научные ведомости БелГУ. — 2014. — Вып. 31/1. — № 15(186). — С. 83-89.
  38. Зимовец О. А., Маторин С. И., Цоцорина Н. В., Гуль С. В. Исчисление функций ─ алгебраический аппарат процессного подхода // Научные ведомости БелГУ. — 2014. — Вып. 32/1. — № 21(192). — С. 154-161.
  39. Жихарев А. Г., Маторин С. И. Системно-объектное моделирование технологических процессов // Научные ведомости БелГУ. — 2014. — Вып. 32/1. — № 21(192). — С. 137-141.
  40. Тубольцева О. М., Маторин С. И. Разработка многоуровневых компьютерных моделей деловых процессов на основе специализированного ДВ-УФО-МЕТОДА // Научные ведомости БелГУ. — 2014. — Вып. 32/1. — № 21(192). — С. 168-174.
  41. Маторин С. И. Системный подход к личной жизни. — Сборник РФФИ, 2014. — № 17. — С. 300-309.
  42. Ломазов В. А., Ломазова В. И., Маторин С. И. Графоаналитическое моделирование динамических социально-экономических систем // Образование и наука: современное состояние и перспективы развития: сб. научн. трудов по материалам МНПК. Часть 2. — Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком», 2014. — С. 100-101.
  43. Маторин С. И., Жихарев А. Г., Брусенская И. Н. О преимуществах имитационного моделирования с применением УФО-подхода // 2-я Междунаровдная научно-техническая конференция «Проблемы информатизации». — Киев, 2014.
  44. Зимовец О. А., Маторин С. И. О новой технологии графоаналитического моделирования административных процедур // VI Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы моделирования социально-экономических систем». — Харьков, 2014.
  45. Маторин С. И. О новом методе имитационного моделирования транспортных потоков // Международная научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов «Проблемы построения информационно-аналитических систем». — Белгород, 2014. — С. 5-17.
  46. Жихарев А. Г., Маторин С. И., Зайцева Н. О. Системно-объектное моделирование технологических процессов // V-я Международная научно-практическая конференция "Актуальные направления фундаментальных и прикладных исследований". — North Charleston, USA, 2014. — С. 80-84.

Ссылки[править | править вики-текст]