О перспективной концепции моделирования сложных организационных систем средствами функциональной системологии

УДК 007; 681.5

О ПЕРСПЕКТИВНОЙ КОНЦЕПЦИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ ОРГАНИЗАЦИОННЫХ СИСТЕМ СРЕДСТВАМИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМОЛОГИИ

БОНДАРЕНКО М. Ф, МАТОРИН С.И.__________

Рассматривается современное состояние объектно-ориентированного анализа и проектирования. Описывается пример применения для моделирования организационной системы нормативной методологии, использующей концептуальный аппарат теории адаптивных функциональных объектов (системологии).

Обработка информации при решении деловых, производственных и управленческих задач в настоящее время становится очень сложной. Это обусловлено, в первую очередь, необходимостью анализа и моделирования сложных систем в слабоформализованных проблемных областях. Компьютерное моделирование сложных, в том числе организационных, систем приводит к необходимости создания больших и сложных программных инструментальных средств (например, информационных систем поддержки реинжиниринга бизнес-процессов — БПР, как принято сокращать с учетом англоязычного термина), не поддающихся программированию “в лоб” и требующих выполнения ряда этапов, предшествующих программированию [1]. Данное обстоятельство значительно повысило интерес в последние годы к объектно-ориентированной технологии, важной особенностью которой является четкое понимание места и роли анализа, проектирования (моделирования) и собственно программирования.

Например, признанный эксперт в области разработки программного обеспечения Гради Буч считает, что “программирование прежде всего подразумевает правильное и эффективное использование механизмов конкретных языков программирования” [2, с. 53]. Создание же современных программных продуктов, имеющих потребительскую стоимость, должно начинаться с анализа предметной области, приводящего к построению модели системы, на основании которой и будет осуществляться программирование. Поэтому в составе упомянутой технологии предусмотрен объектно-ориентированный анализ (object-oriented analysis — OOA), объектно-ориентированное проектирование (object-oriented design — OOD) и объектно-ориентированное программирование (object-oriented programming — OOP), находящиеся в следующем соотношении: “ На результатах OOA формируются модели, на которых основывается OOD; OOD в свою очередь создает фундамент для окончательной реализации системы с использованием методологии OOP” [2, с. 54]. Нарушение этой последовательности приводит к низкой эффективности, в частности, большинства информационных систем поддержки БПР. По данным университета

Карнеги Меллон 85% программных средств, разработанных в 1998 году для этих целей, оказались неэффективными именно ввиду несоблюдения методологии и технологии разработки [1].

Еще одним показателем важности начальных (исходных) этапов проектирования современных программных продуктов можно считать тот факт, что, например, при создании динамических ЭС (бесспорно являющихся сложными программными системами) программированием занимаются максимум 25-30% членов коллектива разработчиков. Остальные 7075 % разработчиков выполняют аналитическую работу и моделирование, в том числе концептуальное моделирование предметной области, но не программирование [3].

Осознание важности этапов анализа и моделирования в современных информационных технологиях привело к попыткам применения системного подхода в OOA и OOD. Однако оказалось, что традиционный “системный структурный анализ полностью ортогонален принципам объектно-ориентированного проектирования” [2, с. 161]. Применение же более современных и перспективных результатов системных исследований в настоящее время происходит стихийно и, в основном, интуитивно. Это свидетельствует об актуальности исследований и разработок в области применения системных методов для анализа, моделирования и проектирования сложных систем (организационных, программных и т.п.), в частности в рамках объектно-ориентированного подхода, для решения множества слабоформализованных задач, в том числе БПР.

Одним из направлений системных исследований, соответствующих идеологии объектно-ориентированного подхода с точки зрения построения объектной модели на основе анализа полной архитектуры системы (структуры объектов и структуры классов), является функциональная системология Г.П. Мельникова [4]. Рассмотрим концептуальные и методологические возможности применения системологии, как теории адаптивных функциональных объектов, для моделирования и проектирования сложных организационных систем.

С точки зрения данного подхода объектная структура любой организационной системы, в том числе бизнес-системы, может быть описана в терминах элементов и связей. Это обусловлено тем, что системология, рассматривая систему любой природы как функциональный объект, функция которого состоит в поддержании функционирования объекта более высокого яруса (надсистемы), позволяет представить систему в виде структуры функционально взаимосвязанных элементов. Под элементами в данном случае понимаются подсистемы данной системы, затем подсистемы ее подсистем и т.д. Любой же связи, в зависимости от рассматриваемого яруса системы, приписывается одна из двух возможных характеристик. Например, с точки зрения системы связи между ее подсистемами будут поддерживающими, а функциональными окажутся ее связи с другими системами в надсистеме. При рассмотрении же под-

94

РИ, 2000, № 1

системы этой системы ее связи с другими подсистемами будут функциональными, а связи подсистем этой подсистемы, обеспечивающие ее функциональные связи —поддерживающими.

Таким образом, средствами системологии функциональная структура бизнес-системы может быть единообразно представлена на любом ярусе иерархии. При построении объектной модели необходимо только соблюдать сформулированные в [5] закон и правила системной декомпозиции. Выполнение этих правил обеспечивает такую декомпозицию системы, при которой для элементов, находящихся на соседних ярусах иерархии, соблюдается отношение поддержания функциональной способности целого. Это означает отражение в объектной модели функций и связей систем, поддерживающих надсистему; функций и связей подсистем, поддерживающих систему и т.д.

Для описания структуры классов организационной системы может быть использована базовая иерархия классов, предложенная в [5] и разработанная на основе системологического исследования структуры системы категорий и метода системологического классификационного анализа, описанного в [6].

Данная иерархия классов, во-первых, задает гибкий алфавит системных компонент, необходимый для построения модели конкретного вида бизнеса. Во-вторых — обеспечивает имитацию понимания программной системой поддержки БПР описания модели для единообразного и однозначного понимания и пользователем, и компьютером характеристик, т.е. свойств, элементов и связей, используемых для построения объектной модели.

Задаваемый иерархией классов алфавит с учетом его семантики и синтаксиса, т.е. правил использования (правил системной декомпозиции [5]), представляет собой формализованную нормативную систему для анализа и моделирования организационных систем, мощность которой, как известно, зависит от общности используемых ею понятий и широты круга проблем, для решения которых она может быть использована [7]. И хотя, в данном случае, можно говорить об универсальности предлагаемой методологии, а значит о ее большой мощности, применение нормативной системы или методологии по-прежнему зависит от искусства интерпретации ее требований в практической ситуации. Творческие и эвристические моменты анализа сложной системы остаются, но существуют в рамках формальной процедуры. Это подчеркивает важность создания и применения инструментальных программных средств моделиро -вания бизнеса.

Для демонстрации возможностей разрабатываемой нормативной системы в результате модификации предложенной в [5] базовой иерархии классов сформирован конкретный набор классов элементов и связей (рис. 1), необходимый для описания ресторана (аналогичного примеру [1]) как бизнес-системы. Данный набор определяет структуру классов для представления исследуемой системы в канонической форме в соответствии с требованиями объектноориентированной методологии [2].

Результат построения объектной модели бизнессистемы ресторана представлен на рис. 2. На нем изображены: модель (типа “черный ящик”) функциональных связей ресторана в целом, т.е. контекстная модель бизнес-системы; модель (типа “структурная схема системы”) функциональных связей подподсистем (т.е. подсистем 2-го глубинного яруса) этого ресторана. Подсистемы ресторана (столовая, кухня и т.д.) не рассмотрены потому, чтобы акцентировать внимание на том ярусе, где происходит формирование (становление) системы (элемента), необходимой для осуществления бизнес-процесса, т.е. блюд, заказанных клиентом.

В табл. 1 и 2 (в обозначениях, предложенных в [5]) представлен “алфавитный” набор связей и функций элементов, т.е. набор типов экземпляров объектов, использованных в конечном счете для построения объектной модели данного вида бизнеса. Все информационные функциональные элементы и связи, естественно, являются производными классов I(i), I(o) и i. Все функциональные элементы и связи, имеющие отношение к передвижению, трансформации и преобразованию объектов, являются производными от классов О(о), O(z), O(u), O(i) и o.

Создаваемые методы и инструментальные средства моделирования бизнес-систем предназначены, в первую очередь, для анализа и визуализации динамики бизнес-процессов. Поэтому для создания эффективной информационной системы поддержки БПР недостаточно методики построения объектной модели организационной системы, пусть даже простой, универсальной и учитывающей ее полную архитектуру (и объектов, и классов) в соответствии с требованиями объектно-ориентированной технологии. Необходимы средства моделирования процессов функционирования бизнес-систем.

В последнее десятилетие XX века в теории и практике деловой активности произошло фундаментальное переосмысление ее назначения и целей деятельности. В настоящее время в качестве главной цели бизнеса рассматривается не получение прибыли, а удовлетворение клиентов данного бизнеса [8]. Именно такое понимание функционирования системы — для удовлетворения не собственных потребностей, а функционального запроса другой системы более высокого яруса (над системы), свойственно функциональной системологии. Рассмотрим концептуальные и методологические средства системологии, позволяющие моделировать бизнес-процессы по созданию продукции (товаров и услуг), обеспечивающей удовлетворение функционального запроса рынка в лице потребителей (клиентов).

Любая связь между системами рассматривается в системологии как обмен элементами каких-то глубинных ярусов этих систем [4]. Это системологическое представление функциональных связей соответствует реальным процессам взаимодействия субъектов бизнеса на рынке (в надсистеме) и позволяет адекватно проанализировать и отобразить присущие рыночной динамике процессы. Действительно, для удовлетворения со стороны бизнес-системы ее кли-

РИ, 2000, № 1

95

Таблица 1

Набор функциональных связей

Обозначения Описание

БИЗНЕС-СИСТЕМЫ РЕСТОРАН

ii Получение денег от клиентов

.1 .2 3 i 1; i 1, •••? i 1 Оплата за поставку продуктов, электроэнергии; другие платежи

i2 Запросы (потребности) клиента

i3 Заказ продуктов у поставщика

І4 Счет клиенту на оплату

І5 Информация по ведению кухонного хозяйства и обслуживанию клиентов

Oi Поступление продуктов от поставщика

O2 Подача заказанных блюд клиенту

O3 Сдача клиентом верхней одежды и получение ее обратно

z Поступление воды

u Поступление электрической энергии

ПОДПОДСИСТЕМ РЕСТОРАНА

І2* Указание официанту на обслуживание вновь прибывшего клиента

І5* Информация из базы знаний - БЗ

І6 Информация об освобождении места

І7 Управление кухней со стороны шеф-повара

І8 Обслуживание (техническое и др.) провизионной камеры и БЗ

• 1 І 2 Заказ официанта на приготовление завтрака для конкретного клиента

°1* Продукты, хранившиеся в провизионной камере

O4; °4* Грязная посуда со столов на мойку; чистая посуда с мойки на столы

O5; °5* Неубранные столы; чистые столы

Таблица 2 Набор функций

Обозначения Описание

БИЗНЕС-СИСТЕМ^І РЕСТОРАН

iVn), . . . , 151(й) Распределение полученных денег по различным платежам

І3(І2? І5) Оформление заказа поставщику на поставку продуктов

І4(°2) Оформление клиенту счета за обслуживание

O2

Оз(°з, І1) Хранение вещей клиента и выдача их после оплаты

ПОДПОДСИСТЕМ РЕСТОРАНА

І2*(І2, І5*); Іб(Іб) Главный официант: управление другими официантами и гардеробщиком в соответствии с правилами обслуживания и текущей обстановкой

І1(І1); І12(І2, І2*); І4(І12); іб(І1); 02(02); 04(04); 04*(°4*); 05*(°5, І1 ); Официант: получение денег от клиента; формирование заказа на кухню; оформление счета клиенту; сообщение глав. официанту об оплате и освобождении столика; подача с кухни блюд клиенту; уборка грязной посуды на мойку; расстановка чистой посуды; уборка стола

O4O2, °4*); 05(І2, °5*) Посадочные места: пачкание посуды и столов клиентом

І7(І12, І5*); І8(І5*); Із(І12, І5*) Шеф-повар: управление кухней; обслуживание БЗ и провизионной камеры; формирование заказа на поставку продуктов

І5*(І5, І6, І8) База знаний: хранение информ. о кухне, правилах обслуж., обстановке.

01*(°1, U, І8) Провизионка: хранение продуктов

012(°1*, °4*, U, Z, І7) Кухонное производство: изготовление блюд клиенту

04*(°4, І7) Мойка: мытье посуды

96

РИ, 2000, № 1

а

Р]

Рис. 1. Иерархия классов бизнес-системы ресторан: а — иерархия свойств компонент бизнес-системы; б — иерархия компонент бизнес-системы (элементов и связей), построенная на основании иерархии

(классификации) свойств

7

Рис. 2. Объектная модель ресторана, построенная средствами функциональной системологии

98

РИ, 2000, № 1

ента как системы, олицетворяющей надсистему данного бизнеса, необходимо наличие функциональной связи этого бизнеса с клиентом в виде “обменного потока”, с помощью которого бизнес-система предоставляет клиенту товары или услуги в ответ на информацию (потребности + денежные знаки). Но для того, чтобы бизнес смог что-либо предоставить клиенту (обеспечить функциональную связь), он должен это иметь в качестве своего элемента на каком-то ярусе иерархии. Следовательно, процесс функционирования бизнес-системы для удовлетво -рения запроса клиента, может быть адекватно описан как процесс адаптации бизнес-системы к функциональному запросу надсистемы (в данном случае клиента), называемому в системологии внешней детерминантой системы.

Потребность клиента в продукции бизнеса (в функциональной связи с бизнесом) создает ситуацию, при которой бизнес-система должна иметь внутри себя то, что обеспечит удовлетворение запроса клиента к этой системе. Для этого (в терминах системологии) бизнес-система должна в соответствии с запросом клиента (внешней детерминантой), транслируемым к одной из своих подсистем (подподсистем и т.д.), из некоторого потенциально пригодного исходного материала сформировать (получить, собрать, создать и т.п.) такую систему, т.е. субстанцию, которая будет пригодной для обмена по функциональной связи с клиентом.

Таким образом, описание бизнес-процесса, т. е. динамики функционирования бизнес-системы для удовлетворения клиента, с помощью объектной модели может быть представлено как описание нарушения в модели закона и правил системной декомпозиции, которое в течение определенного времени должно быть устранено. Это нарушение должно быть прослежено до конкретного глубинного яруса бизнес-системы, в котором и происходит становление (возникновение) системы, как субстанции этого яруса, участвующей в обмене. Следовательно, сущностью динамики бизнес-процессов с точки зрения системологии является процесс нарушения отношения поддержания функциональной способности целого при потенциальной способности бизнес-системы его восстановить и фактического восстановления. Моделирование же бизнес-процессов есть визуализация нарушения закона системной декомпозиции с последующим устранением этого нарушения.

В примере, приведенном на рис. 2, закон системной декомпозиции нарушается после появления запроса (i2) конкретного клиента в связи с тем, что в столовой ресторана (у официанта) нет в тот же самый момент времени нужных блюд, т.е. связь о2 какое-то время

остается разорванной. Однако ресторан, естественно, в состоянии адаптироваться к подобному запросу. В результате транслирования запроса клиента (надсистемы) официантом из столовой шеф-повару в подсистеме кухни (кухонном производстве) из имеющихся продуктов, энергии и информации, как исходных материалов, возникает система (например, завтрак), как субстанция этого производства, необходимая для предоставления клиенту в соответствии с его потребностями.

Таким образом, анализ концептуальных и методологических средств функциональной системологии показывает, что разрабатываемая на ее основе нормативная система позволяет создать эффективный инструментарий анализа и моделирования сложных организационных систем и, следовательно, обеспечить информационную поддержку решения сложных деловых, производственных и управленческих задач, в частности БПР.

Литература: 1. Ойхман Е.Г., Попов Э.В. Реинжиниринг бизнеса. М.: Финансы и статистика, 1997. 336 с. 2. Вуч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на C++, 2-е изд.: Пер. с англ. М.: “Издательство Бином”, СПб.: “Невский диалект”, 1999. 560с. 3. Попов Э.В., Фоминых И.В., Кисель ЕВ, Шапот М.Д. Статические и динамические экспертные системы. М.: Финансы и статистика, 1996. 320 с. 4. Мельников Т.П. Системология и языковые аспекты кибернетики. М.: Сов. радио, 1978. 368 с. 5. Маторин С.И. Определение и системологическое обоснование базовой иерархии классов для создания нормативной системы объектно-ориентированного анализа и проектирования // Вестник ХГПУ. Новые решения в современных технологиях. 2000. №3. 6. Соловьева Е.А Естественная классификация: системологические основания. Харьков: ХТУРЭ, 1999. 222 с. 7. Никаноров С.П. Системный анализ: этап развития методологии решения проблем в США / Вступ. статья в кн.: С.Л. Оптнер. Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем: Пер. с англ. М.: Сов. радио, 1969. С.7-45. 8. Хаммер М, Чампи Дж. Реинжиниринг корпораций: Манифест революции в бизнесе. М.: Финансы и статистика, 1997. 332с.

Поступила в редколлегию 00.00.00

Рецензент: акад., д-р техн. наук, проф. Каневец Г.Е.

Бондаренко Михаил Федорович, д-р техн. наук, проф., академик АН ВШ, зав. кафедрой Программного обеспечения ЭВМ, ректор ХТУРЭ. Научные интересы: искусственный интеллект, системные исследования, инжиниринг бизнеса и менеджмента. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел. 43-30-53.

Маторин Сергей Игоревич, канд. техн. наук, доцент кафедры Программного обеспечения ЭВМ ХТУРЭ. Научные интересы: системные знаниеориентированные технологии. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел. 40-95-91, 47-41-85.

РИ, 2000, № 1

99