ЛЕКЦИЯ 6

Лекции - Курс лекций по автоматизированным системам управления
скачать (8603.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc

8604kb.

18.12.2011 02:37

скачать

содержание

1.doc

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 20

^ Прогнозирование экономических процессов

Прогнозирование может потребоваться на нескольких уровнях системы управления предприятием, поскольку спрос на продукцию и услуги может изменяться с разной периодичностью.

Для систем управления предприятием наиболее важными моментами являются:

• иерархия прогнозов;

• структура формирования прогнозов;

• качественные методы прогнозирования;

• количественные методы прогнозирования;

• сочетание прогнозирования и планирования. Ниже приводятся примеры основных прогнозов.

1. Долгосрочные прогнозы. Горизонт прогнозирования — годы. Объекта прогнозирования: потребности рынка в новых видах продукции (в стоимостном или натуральном выражении); потребности рынка в старой, т. е. выпускающейся сегодня, продукции (в стоимостном или натуральном выражении); требуемая производительность предприятия; капиталовложения; потребности в производственных мощностях предприятия.

2. Среднесрочные прогнозы. Горизонт прогнозирования — месяцы. Объекты прогнозирования' новые типы или группы продукции;

Производительность отдельных производств и подразделений; по-требности в кадрах; потребности по закупкам материалов; оценка запасов.

3. Краткосрочные прогнозы. Горизонт прогнозирования — недели. Объекты прогнозирования: отдельные наименования продукции;

работники определенных специальностей и квалификации; производительность оборудования на отдельных цехах и участках; уровень запасов. На рис. 6 показана укрупненная схема формирования прогноза и его использования в качестве первого шага в планировании.

Качественные методы прогнозирования обычно базируются на выявлении факторов, которые определяют объемы продаж или сервиса. Затем формируются суждения относительно вероятностей проявления этих факторов в будущем.

Ниже приводятся основные качественные методы.

^ 1. Мозговой штурм. Рабочей группе предоставляется любая необходимая информация из БД предприятия и внешних БД. Участники группы создают индивидуальные прогнозы. Крайние прогнозы отбрасываются, а роль компромиссного выполняет прогноз, основанный на оставшихся индивидуальных прогнозах.

Рис. б
2. Метод Делфи. В этом методе участники анонимно отвечают на вопросы, получают информацию об ответах всех участников, а затем процесс повторяется вновь до достижения согласия.

^ 3. Обзор деятельности по продажам. Оценка продаж в будущем по регионам получается здесь на основе оценок отдельных продавцов.

4. Анализ информации от покупателей. Оценки будущих продаж получаются прямо от покупателей. Индивидуальные оценки сводятся воедино.

^ 5. Исторические аналогии. Маркетинговые исследования, опросы, интервью, пробные продажи позволяют сформировать основу для проверки гипотез относительно поведения реального рынка.

Качественные методы основаны на несложных алгоритмах обработки информации. Объем информации может быть значительным. Роль компьютерных систем заключается в информационной поддержке.

Количественные методы прогнозирования реализуются с помощью математических моделей, базирующихся на предыстории. Подобные модели строятся в предположении, что данные о поведении процесса в прошлом могут быть распространены и на будущее.

Чаще всего в базовые системы и пакеты прикладных программ включаются методы, основанные на временных рядах, полученных путем измерений в определенных временных периодах.

Как правило, результаты измерений поведения процесса в прошлом могут быть разложены на несколько компонент.

^ Тренд — это постоянная, долговременная тенденция.

Циклическая составляющая описывает ту часть процесса, которая повторяется с низкой частотой.

^ Сезонная составляющая описывает циклы, повторяющиеся с высокой частотой в течение года.

Случайная флуктуация представляет собой случайное отклонение временного ряда от неслучайной функции, описываемой трендом, циклической и сезонной составляющими.

Прогнозирование на основе количественных методов заключается прежде всего в определении вида и параметров функций, описывающих неслучайные составляющие.

Наиболее часто применяются следующие количественные модели прогнозирования.

^ 1. Линейная регрессия. Модель направлена на выявление связи между зависимой переменной (т. е. прогнозируемой величиной) и одной или более независимыми переменными, которые представлены в виде данных о предыстории. В простой регрессии имеется только одна независимая переменная, а во множественной регрессии их несколько. Если предыстория представлена в виде временного ряда, то независимая переменная — это временной период, а зависимая — прогнозируемая величина, например объем продаж.

^ 2. Методы скользящего среднего. Прогностическая модель для краткосрочных прогнозов, основанная на временных рядах. В ней среднее арифметическое фактических показателей, вычисленное для принятого числа последних прошедших временных периодов, принимается за прогноз на следующий временной период.

^ 3. Метод взвешенного скользящего среднего. Эта модель работает подобно предыдущей модели, но в ней вычисляется не среднее, а средневзвешенное значение, которое и принимается за прогноз на ближайший временной период. Меньшие веса приписываются более отдаленным периодам.

^ 4. Экспоненциальное сглаживание. Это модель, использующая временные ряды и предназначенная для краткосрочных прогнозов. В данном методе величина, спрогнозированная для последнего периода, корректируется на основе информации об ошибке прогноза в последнем периоде. Скорректированный за последний период прогноз становится прогнозом на следующий период.

Функции прогнозирования и планирования могут пересекаться, поскольку пересекаются периоды прогнозирования и планирования, а объектом прогнозирования и планирования может быть одна и та же продукция. При этом объектом планирования является продукция, на которую есть заказы. Прогноз же по своей природе напрямую не связан с имеющимися заказами.

В некоторых системах предусмотрена следующая логика определения потребностей в продукции при одновременном прогнозировании и планировании. Горизонт планирования делится на три временных зоны. Для каждой зоны используется свой вариант принятия решения о величине потребностей в продукции.

Вариант 1. Потребности вычисляются на основе фактического имеющегося спроса.

Вариант 2. Потребности вычисляются на основе спроса, за который принимается максимальное значение из двух величин — прогноза и фактического спроса.

Вариант 3. Материальные потребности определяются на основе прогнозируемого спроса.

В ряде базовых систем применяются и более сложные логики взаимодействия прогноза и реального спроса, включающие в себя механизмы переноса непоглощенного прогноза на последующие интервалы.

Выбор варианта взаимодействия фактического и прогнозируемого спроса — за пользователем. Выбор зависит от типа производства, номера зоны, внешних условий, в которых работает предприятие.
^ Управление проектами и программами
Понятие проекта

Проект — это ограниченное по времени целенаправленное изменение отдельной системы с изначально четко определенными целями, достижение которых определяет завершение проекта, а также с установленными требованиями к срокам, результатам, риску, рамкам расходования средств и ресурсов и к организационной структуре.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Обычно для сложного понятия (каким, в частности, является понятие проекта) трудно дать однозначную формулировку, которая полностью охватывает все признаки вводимого понятия. Поэтому приведенное определение не претендует на единственность и полноту.
Можно выделить следующие основные отличительные признаки проекта как объекта управления:

изменчивость — целенаправленный перевод системы из существующего в некоторое желаемое состояние, описываемое в терминах целей проекта;
ограниченность конечной цели;
ограниченность продолжительности;
ограниченность бюджета;
ограниченность требуемых ресурсов;
новизна для предприятия, для которого реализуется проект;
комплексность — наличие большого числа факторов, прямо или косвенно влияющих на прогресс и результаты проекта;
правовое и организационное обеспечение — создание специфической организационной структуры на время реализации проекта.

Рассматривая планирование проектов и управление ими, необходимо четко осознавать, что речь идет об управлении неким динамическим объектом. Поэтому система управления проектом должна быть достаточно гибкой, чтобы допускать возможность модификации без глобальных изменений в рабочей программе. В системном плане проект может быть представлен «черным ящиком», входом которого являются технические требования и условия финансирования, а итогом работы — достижение требуемого результата (рис. 2.1). Выполнение работ обеспечивается наличием необходимых ресурсов:

материалов;
оборудования;
человеческих ресурсов.

Эффективность работ достигается за счет управления процессом реализации проекта, которое обеспечивает распределение ресурсов, координацию выполняемой последовательности работ и компенсацию внутренних и внешних возмущающих воздействий.

Рис. 2.1. Представление проекта в виде «черного ящика»
С точки зрения теории систем управления проект как объект управления должен быть наблюдаемым и управляемым, то есть выделяются некоторые характеристики, по которым можно постоянно контролировать ход выполнения проекта (свойство наблюдаемости). Кроме того, необходимы механизмы своевременного воздействия на ход реализации проекта (свойство управляемости).

Свойство управляемости особенно актуально в условиях неопределенности и изменчивости предметной области, которые нередко сопутствуют проектам по разработке информационных систем (более подробно проблемы получения полного формального описания предметной области будут обсуждаться в конце данной главы). Для обоснования целесообразности и осуществимости проекта, анализа хода его реализации, а также для заключительной оценки степени достижения поставленных целей проекта и сравнения фактических результатов с запланированными существует ряд характеристик проекта. К важнейшим из них относятся технико-экономические показатели:

объем работ;
сроки выполнения;
себестоимость;
экономическая эффективность, обеспечиваемая реализацией проекта;
социальная и общественная значимость проекта.

Классификация проектов

Проекты могут сильно отличаться по сфере приложения, составу, предметной области, масштабам, длительности, составу участников, степени сложности, значимости результатов и т. п. Проекты могут быть классифицированы по самым различным признакам. Отметим основные из них.

Класс проекта определяется по составу и структуре проекта. Обычно различают:

монопроект (отдельный проект, который может быть любого типа, вида и масштаба);
мультипроект (комплексный проект, состоящий из ряда монопроектов и требующий применения многопроектного управления).

Тип проекта определяется по основным сферам деятельности, в которых осуществляется проект. Можно выделить пять основных типов проекта:

технический;
организационный;
экономический;
социальный;
смешанный.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Разработка информационных систем относится, скорее всего, к техническим проектам, которые имеют следующие особенности:

главная цель проекта четко определена, но отдельные цели должны уточняться по мере достижения частных результатов;
срок завершения и продолжительность проекта определены заранее, желательно их точное соблюдение, однако они также могут корректироваться в зависимости от полученных промежуточных результатов и общего прогресса проекта.

Масштаб проекта определяется по размерам бюджета и количеству участников:

- мелкие проекты;

- малые проекты;

- средние проекты;

- крупные проекты.

Можно также рассматривать масштабы проектов в более конкретной форме — отраслевые, корпоративные, ведомственные проекты, проекты одного предприятия.

Одна из тенденций развития производства состоит в росте доли продукции, не производимой на склад и даже не собираемой под заказ, а проектируемой по заказам. Традиционными отраслями, где подобная ориентация всегда была велика, являются аэрокосмическая и оборонная отрасли. Любое новое изделие в этих отраслях требует выполнения большого, длительного и дорогостоящего комплекса работ. Такие комплексы обычно называют проектами или программами.

Проект во многих случаях становится самостоятельным объектом управления и источником заказов, подаваемых в производственные системы. Поэтому в современных системах ERP появились модули, специально предназначенные для управления проектами или программами.

Управление проектом, с одной стороны, непосредственно подчинено стратегическим целям, которые в первую очередь реализует бизнес-планирование, а с другой стороны — порождает потребности в продукции, которые передаются в модуль планирования продаж или непосредственно в модуль формирования графика выпуска продукции. Потребности в продукции могут в ходе реализации проекта формулироваться с различной степенью точности. Если до видов и типов продукции, то связь с производством проходит через модуль «Планирование продаж и выпуска продукции». Если до изделий, то связь с производством проходит через модуль «Составление графика выпуска продукции».

Конечно, и ранние системы ERP содержали элементы, необходимые для управления производством сложной продукции. Но лишь относительно недавно появились специализированные системы, где функциональные возможности управления проектами резко изменили облик системы в целом.

В основе управления проектами лежат сетевые модели. Для работы с сетевыми моделями служат два метода — метод критического пути (МКП) и метод оценки и пересмотра программ (ПЕРТ). В этих методах основное внимание уделяется календарному управлению работами. Различие методов состоит в том, что в методе МКП оценки продолжительности операций предполагаются детерминированными величинами, а в методе ПЕРТ — случайными. В настоящее время Оба метода объединены в рамках единого подхода, получившего название сетевого планирования и управления (СПУ). По мере расширения сферы применения метод ПЕРТ был расширен для анализа затрат.

Сетевое планирование и управление включает три основных этапа: структурное планирование, календарное планирование, оперативное планирование.

В структурное планирование входит: разбиение проекта на операции; оценка продолжительности операций и построение сетевой модели; анализ модели на непротиворечивость.

^ Календарное планирование включает: расчет критического пути с выявлением критических операций; определение ранних и поздних времен завершения операций; определение резервов времени для некритических операций.

^ Оперативное управление состоит в решении на сетевой модели задач учета, контроля, регулирования. В ходе регулирования корректировке могут подвергаться не только параметры модели, но и ее структура.

Построение сетевой модели выполняется в соответствии с некоторыми правилами. Например, требуется, чтобы каждая операция в сети была представлена только одной дугой.

На рис. 7 показан пример сетевой модели.

В ходе расчета определяются критические и некритические операции проекта. Операция считается критической, если задержка ее начала приводит к увеличению срока окончания всего проекта. Критический путь определяет непрерывную последовательность критических операций, связывающих исходное и завершающее событие. Некритическая операция имеет резерв (запас) времени, поскольку промежуток времени между ее ранним началом и поздним окончанием больше ее длительности.

Критические операции в примере, показанном на рис. 7: (0,2), (2,3), (3,4), (4,5), (5,6).

Рис. 7

Для некритических операций вычисляются резервы времени. Различают два основных вида резервов времени:

^ 1. Полный резерв. Он определяется соотношением:

Полный резерв = (позднее время завершения операции — раннее время начала операции) — длительность операции.

^ 2. Свободный резерв. Он определяется в предположении, что все операции в сети начинаются в ранние сроки (т. е. имеется в виду левое крайнее расписание работ). У критических операций полные и свободные резервы равны нулю. У некритических операций полные резервы не равны нулю, а свободные резервы могут принимать значения как ненулевые, так и нулевые.

Резервы важны, потому что, сдвигая работы в рамках резервов, можно добиться удовлетворения ограничений на ресурсы или их наиболее равномерного использования. При распределении ресурсов возникает многовариантная задача, которая может быть описана как оптимизационная. В ряде базовых систем ERP и самостоятельных систем управления проектами имеются эвристические методы получения удовлетворительного решения задачи. Сущность задачи иллюстрируется рис. 7, а ее возможное решение — рис. 8, 9, 10.

В больших и долгосрочных проектах, особенно на ранних стадиях их существования, может появиться неопределенность временных оценок работ, поэтому возникает вопрос о вероятностных характеристиках проекта.

Вероятностный характер реализации проекта учитывается за счет введения для каждой операции трех оценок ее длительности:

t₀ — оптимистическая (минимальная) оценка;

t_p — пессимистическая (максимальная) оценка;

t_m — наиболее вероятная оценка.

Из этих трех оценок получаются математическое ожидание te и дисперсия V no формулам:

Три оценки для каждой операции позволяют вычислить характеристики нормального распределения — длительность и дисперсию для каждого пути в сети, а затем высказать вероятностные суждения относительно пути. Например:

• вероятность того, что критический путь будет больше 3,5 недель, равна 0,1;

• вероятность того, что проект можно будет завершить раньше

чем за 50 недель, равна 0,35.

На рис. 8 показаны потребности в ресурсах для крайнего левого расписания, а на рис. 9 — для крайнего правого расписания.

На рис. 10 показан промежуточный вариант, для которого характерно более равномерное использование ресурсов и снижение пиковых потребностей в ресурсах. Этот график построен за счет перемещения некритических работ в рамках резервов.

Стоимостной аспект управления проектами вводится в схему календарного планирования с помощью зависимости «стоимость - время» для каждой операции проекта. На рис. 11 показана линейная зависимость, типичная для стоимостных оценок.

Расчет с учетом стоимостных факторов направлен на поиск оптимального соотношения «затраты - время» для всего проекта.

При этом учитывается, что сжатие первоначального варианта сопровождается ростом прямых затрат и уменьшением косвенных затрат.

Подход к решению задач на данном шаге описан на рис. 12.

Функции учета и контроля за ходом проекта обеспечиваются ранее построенным календарным планом.

Сетевая модель может использоваться для решения задач регулирования, т. е. составление новых планов по ходу реализации проекта.

Рис. 8

Рис. 9

Рис. 10

Рис. 11

D_n —- нормальная длительность операции;

D_c — минимальная длительность операции (дальнейшее уменьшение не имеет смысла);

С_n. С_c —- затраты при нормальной и минимальной длительности операции.

Рис. 12

А — план максимальной интенсивности; Б — прямые затраты; В — план с минимумом затрат; Г — план нормального режима; Д — косвенные затраты; Е — общие затраты.

ЛЕКЦИЯ 7

^ Планирование производства и составление графика выпуска продукции
Долгосрочные, среднесрочные и краткосрочные планы создаются на различных организационных уровнях и охватывают различные временные периоды. Созданные на высшем уровне, долгосрочные планы отражают стратегические цели организации. Они становятся основой для средне- и краткосрочных планов. Среднесрочные планы подразделяются на планы занятости, укрупненные планы образования запасов или производства, планы загрузки, планы модернизации мощностей, контракты с поставщиками. Эти укрупненные планы являются основой для построения краткосрочных планов. Краткосрочные планы обычно распространяются от нескольких недель до нескольких месяцев и включают графики выпуска продукции, графики производства компонент, графики материального снабжения, оперативные производственные графики и графики использования мощностей. Графики производства — это краткосрочные планы производства товаров или конечной продукции.

^ Планирование производства включает следующие шаги:
1. Прогноз продаж и фиксация фактического спроса для каждого вида продукции. Он показывает количества, которые должны быть проданы в каждый временной период (неделю, месяц, квартал) планового горизонта (обычно от 6 до 18 месяцев).

^ 2. Сведение воедино в общий прогноз данных по всем отдельным видам продукции и услуг.

3. Преобразование суммарного спроса в каждом периоде в численность рабочих, оборудования и других составляющих производственных мощностей, требуемых для его удовлетворения.

4. Разработка альтернативных схем использования ресурсов, позволяющих обеспечить производственные возможности, удовлетворяющие суммарный спрос.

5. Отбор из альтернатив такого плана использования мощностей, который позволяет удовлетворить спрос и наилучшим образом отвечает целям организации.

Шаг 5 предполагает, что производственная система обязана удовлетворять прогнозируемый спрос. Есть, однако, случаи, когда производственные мощности не могут быть увеличены или когда продукцию выгоднее производить в объеме, меньшем прогнозируемого или фактического спроса. В ERP-системах предполагается, что цель предприятия заключается в удовлетворении спроса.

Центральное место в планировании производства занимают следующие вопросы:

• Сколько производственных ресурсов каждого вида имеется в наличии?

• Какой уровень мощности обеспечивает ресурс каждого вида?

• Каким образом определяется мощность исходя из имеющихся ресурсов?

• Сколько стоит изменение мощностей в сторону увеличения или уменьшения?

Основными источниками для определения возможностей предприятия при разработке среднесрочных планов являются: основное и сверхурочное рабочее время; запасы продукции, образованные в предшествующие периоды; субконтракты на поставку продукции или выполнение услуг внешними партнерами.

Различают следующие виды среднесрочных планов: сбалансированный и план с фиксированным уровнем мощности.

^ Сбалансированный план. В каждый момент времени располагаемые мощности равны потребностям, вытекающим из прогнозируемого спроса.

План с фиксированным уровнем мощностей. Мощности являются постоянными на всем горизонте планирования. Отклонение меняющегося спроса от возможностей постоянных производственных мощностей компенсируется с помощью запасов, отложенного спроса, сверхурочных работ и субконтрактов.

На практике целесообразно рассматривать несколько вариантов планов с различными подходами к компенсации колебания спроса.

производственных ресурсов с целью поиска наилучшего плана на период и на горизонт.

Среднесрочные планы определяют количество продукции, которое экономически целесообразно производить на предприятии. По среднесрочным планам составляются графики выпуска продукции.

В графике выпуска продукции устанавливается количество конечной продукции, которое должно быть выпущено в каждый период краткосрочного горизонта планирования. Длительность горизонта планирования — от нескольких недель до нескольких месяцев.

При составлении графика определенные ранее объемы производства распределяются в виде заказов на выпуск продукции.

Графики выпуска продукции в общем случае состоят из четырех участков, отделенных друг от друга тремя границами. Они носят следующие названия: закрепленный, фиксированный, заполненный, открытый.

Изменения на закрепленном участке обычно запрещены, поскольку они влекут за собой изменения планов снабжения и производства предметов после их запуска, что приводит к росту затрат. Фиксированный участок представляет собой период времени, на котором изменения могут происходить, но только в исключительных ситуациях. Заполненный участок соответствует временному интервалу, на котором все производственные мощности распределены между заказами. Изменения на этом участке допускаются и могут привести к значительным изменениям сроков выполнения заказов. Открытый участок — это временной интервал, на котором не все производственные мощности распределены, и новые заказы обычно размещаются на этом участке.

График выпуска продукции создается на основе информации о заказах, прогнозах спроса, состоянии запасов и производственных мощностях. В ходе построения графика выполняется проверка вариантов графика на недогрузку или перегрузку производственных мощностей.

График является динамичным и периодически обновляется. При этом решается задача учета хода производства, начало и окончание горизонта планирования сдвигаются вправо на одну неделю, заново пересматривается оценка спроса. В связи с тем, что спросы, расположенные в дальних периодах, вероятнее всего, изменяются по мере приближения временного интервала к фиксированному виду, требования к точности оценки спроса для начальных периодов выше, чем для отдаленных.

Планирование производства на уровне графика выпуска продукции имеет ряд отличительных особенностей в зависимости от того, работает предприятие на склад или по заказам. В наибольшей степени изменениям подвержены управление спросом, размер партий запуска и количество выпускаемой продукции.

В производстве, выполняющем заказы, при оценке спроса доминируют поступившие на данный момент заказы. График составляется обычно на основе портфеля заказов. Размер партии и количество выпускаемой продукции обычно совпадают и определяются заказом. Процесс составления графика для таких предприятий наиболее сложен и трудоемок, особенно для многономенклатурного производства.

В производстве, работающем на склад, заказы поступают со склада готовой продукции. Заказы формируются на основе прогнозируемого спроса со стороны потенциальных заказчиков. В этих условиях возрастает роль прогнозирования. В начальных периодах горизонта планирования возможно наличие портфеля заказов, однако их удельный вес, как правило, невелик. Размер партии здесь очень важен и определяется исходя из соображений экономической эффективности. Уменьшение размера партии приводит к росту доли постоянных расходов на единицу продукции, а увеличение размеров партии — к росту запасов и затрат на их хранение. Оптимальным является размер партии, при котором минимизируются суммарные затраты.

Плановый горизонт может изменяться в широких пределах — от нескольких недель до года и более. На выбор планового горизонта влияют многие факторы, но один фактор является решающим. В ERP-системах используется правило, согласно которому плановый горизонт должен быть не менее наибольшего производственного цикла среди всех изделий, рассматриваемых при составлении графика.

Широко применяется подход к созданию графика, при котором в ходе планирования определенная часть заказов или планово-учетных единиц из предыдущего графика фиксируется, и новый график состоит в итоге из двух частей: фиксированной составляющей прежнего графика и изменений к нему. Все современные прикладные системы содержат модули для построения графика выпуска продукции.

Планирование производства на уровне графика выпуска продукции является одной из наиболее важных функций в ERP. При ее неудовлетворительной реализации возникают перегрузки и недогрузки мощностей, чрезмерный рост запасов на одни изделия и дефицит других изделий. Напротив, при удовлетворительной реализации улучшается обслуживание заказчиков, снижается уровень запасов, более эффективно используются производственные мощности.

В результате решения задачи составления графика становятся известными времена и объемы выпуска продукции. Управление снабжением, производством деталей и сборочных единиц и другими составляющими производственного процесса зависят от того, какие системы организации и управления используются. В США в практике управления и в литературе принята следующая классификация:

системы с расходом запасов (pond-draining approach), системы с «проталкиванием» (push systems), системы с «протягиванием» (pull systems) и системы, сконцентрированные на «узких местах» (bottlenecks).

^ Системы с расходом запасов сконцентрированы на поддержании резервов материальных ресурсов, необходимых для производства. Так как производители не знают заранее сроков и количества потребных заказчику ресурсов, многие виды продукции в таких системах производятся заранее и складируются в виде запасов готовой продукции или деталей и сборочных единиц. По мере уменьшения запасов продукция или ее компоненты производятся для их пополнения.

В системах с «проталкиванием» центр тяжести смещается на использование информации о заказчиках, поставщиках и продукции, чтобы управлять материальными потоками. Поставка партий материалов и полуфабрикатов на предприятие планируется как можно ближе к срокам изготовления деталей и сборочных единиц. Детали и сборочные единицы производятся как можно ближе к срокам подачи на сборку, готовая продукция собирается и отправляется как можно ближе к требуемому времени выполнения заказа. Материальные потоки «проталкиваются» сквозь все фазы производства.

^ Системы с «протягиванием» ориентированы прежде всего на сокращение уровня запасов на каждой производственной фазе. Если в предыдущей системе роль графика состояла в определении того, что делать дальше, то в данной системе просматривается только следующая стадия, выясняется, что необходимо делать для ее выполнения, и производятся необходимые действия. Партии в производстве перемещаются от ранних стадий к поздним без промежуточного складирования. Существует немало разновидностей и наименований для подобных систем: «точно-в-срок» (Just-in-Time), производство с коротким циклом, системы с визуальным управлением, производство без промежуточных складов, поточное производство, синхронизированное производство, система фирмы «Тойота». Как правило, в литературе применяется аббревиатура первого наименования — JIT.

Системы типа JIT ввиду сокращения незавершенного производства чувствительны к возмущениям производственного процесса. Внедрение подобных систем требует большой подготовительной работы.

Управление в системах четвертого типа сконцентрировано на так называемых «узких местах» — операциях, станках или стадиях производственного процесса, которые тормозят производство, поскольку их производительность меньше, чем в других участках производственной системы.
^ Управление запасами (независимые системы)
В ходе управления производством сталкиваются две тенденции. Первая заключается в том, что запасы материальных ресурсов различного вида необходимы. Вторая заключается в том, что они нежелательны. Каждая из них порождена определенными причинами и находит отражение в методах управления запасами. Подходы к управлению во многом зависят от вида материального ресурса. В роли такого ресурса могут выступать: конечная продукция, незавершенное производство, материалы и полуфабрикаты.

Существует ряд причин, по которым целесообразно стремиться к снижению уровня запасов. С ростом запасов увеличиваются следующие затраты и потери: прямые и косвенные затраты, связанные с хранением; затраты на управление запасами; потери, связанные со снижением отдачи от вложения в материальные ресурсы; затраты, которые рассматриваются как скрытое падение мощностей, поскольку часть мощностей используется на производство запасов, а не готовой продукции; потери, связанные со снижением качества при хранении.

Некоторые из этих затрат являются косвенными и слабо вычисляемыми, но несомненно то, что политика снижения запасов до оптимального уровня способствует повышению эффективности производства.

В основу систем управления запасами в ERP-системах положен ряд моделей и методов, которые пользователи могут применять по собственному выбору.

Спрос на материальные ресурсы может быть независимым и зависимым. Независимым называется спрос, который не зависит от спроса на другие материальные ресурсы, проходящие через запасы. В частности, независимым всегда является спрос на конечную продукцию, поскольку он определяется исходя из прогноза и/или заказов потребителей. Зависимым называется спрос, который зависит от спроса на другие материальные ресурсы, проходящие через запасы. Зависимым является спрос на изделия, являющиеся компонентами готовой продукции. В то же время независимым является спрос на те же самые изделия, если они становятся конечной продукцией, например запасными частями. В данном подразделе обсуждаются подходы к управлению запасами в условиях независимого спроса. Описание систем с зависимым спросом содержится в следующем разделе.

Основной задачей управления запасами является определение оптимального размера заказа на материальные ресурсы при пополнении запасов.

Рис. 13 иллюстрирует решение задачи об оптимальном объеме заказа на качественном уровне. С ростом объема одного заказа увеличиваются затраты на хранение и снижаются затраты на приобретение и обработку заказов. Суммарные затраты на складирование могут иметь точку минимума, соответствующую оптимальному объему заказа (EOQ — Economic order quantity).

Рис. 13
Различают системы с фиксированным объемом заказа и системы с фиксированным временем заказа.

Основное свойство системы с фиксированным объемом заказа (FOQ-системы) состоит в том, что заказы на пополнение запасов имеют постоянную величину. При этом время подачи заказов может изменяться. Точка заказа достигается, когда запасы уменьшаются до критического уровня. Точка заказа определяется исходя из оценки ожидаемого расхода и поступлений материального ресурса. С прибытием очередной партии материалов заказы возрастают на фиксированную величину.

В системе FOQ обычно предполагается непрерывный учет запасов. Этот учет обеспечивается немедленным отражением в базе данных всех операций, прихода и расхода ресурсов. Для системы FOQ основными являются две задачи: об объеме заказа и о точке заказа.

Решение задачи об оптимальном объеме заказа зависит от условий, для которых формулируется задача. В различных системах можно встретить три модели для оценки оптимального размера заказа:

• модель 1 — базовая модель определения EOQ;

• модель 2 — определение EOQ для производственных партий;

• модель 3 — определение EOQ с учетом ценовой политики. Модель 1 имеет следующий вид. Предположения:

1. Общий годовой спрос, затраты на хранение и приобретение материалов поддаются оценке.

2. Средний уровень запасов равен 0,5 величины заказа. Это равносильно введению следующих упрощающих предположений:

страховой запас отсутствует; заказанное количество поступает в запасы полностью и одновременно; материалы расходуются равномерно; материалы оказываются полностью израсходованными к прибытию очередного заказа.

3. Потери от дефицита и неудовлетворенного спроса отсутствуют.

4. Цены на материалы постоянны (какая-либо специальная ценовая политика типа скидок отсутствует). Оптимальный объем заказа, при котором минимизируются суммарные годовые затраты на размещение в запасах, вычисляется по формуле:

где ^ D — годовой спрос на материал; С — затраты на хранение единицы материала в течение года; S — средние затраты на работы по приобретению материала по одному заказу (условно-постоянные расходы).

Формула носит характер предварительной оценки, так как получена для условий, которые на практике встречаются крайне редко.

Модель 2 имеет следующий вид. По сравнению с моделью 1 введено только одно предположение — заказы производством или поставщиком выполняются не единовременно, а представляют собой процесс с равномерным поступлением материальных ресурсов.

В результате для модели 2 получена формула:

где р — ставка (rate) производства; d — ставка (rate) спроса.

Поставщики, работающие в условиях рыночной экономики, как правило, предоставляют скидки в зависимости от объема закупок (quantity discounting). В этих условиях возникает необходимость оптимизации объема заказа с целью воспользоваться скидками, но не проиграть при этом за счет роста затрат на хранение. Модель 3 позволяет оценить влияние скидок на размер партии.

Из сказанного следует, что при работе с базовой системой ERP пользователь должен тщательно изучить предположения, при которых построены модели управления запасами, включенные в систему.

Вторым важным вопросом для систем управления запасами является определение точек заказа. В основе подхода к определению точки заказа в системах с фиксированным объемом заказа лежит признание случайного характера спроса во время выполнения заказа.

Спрос во время выполнения заказа (demand during lead time (DDLT)) представляет собой количество материального ресурса, которое будет запрошено во время ожидания прибытия заказанного количества и пополнения запаса.

Случайный характер спроса в течение времени выполнения заказа особенно опасен для управления, поскольку очень трудно предсказать колебания спроса именно тогда, когда предприятие особенно уязвимо — оно находится в состоянии ожидания прибытия заказа, а уровень запасов низок.

В случае задержки прибытия заказа или при превышении уровня ожидаемого спроса возникает ситуация дефицита. Дополнительный запас, называемый страховым, необходим, чтобы уменьшить вероятность возникновения дефицита. При увеличении страхового запаса возрастают затраты на его хранение, при его уменьшении возрастают потери, вызванные дефицитом.

Из сказанного ясно, что величина страхового запаса имеет оптимальное в некотором смысле значение. Для его определения должны быть известны потери от дефицита. Задача определения потерь от дефицита непроста, поскольку в них должны включаться потери, вызванные внешними и внутренними причинами. К внешним можно отнести, например, падение доходов из-за невыполнения обязательств перед заказчиками. К внутренним — дополнительные затраты, связанные с изменением графика выпуска продукции, остановкой производства и т. п. Именно в связи с трудностью определения потерь из-за дефицита на практике применяется подход к определению страховых запасов, основанный на вероятности обслуживания, задаваемой управленцами.

Другим методом оптимизации страхового запаса является подход, основанный на таблицах платежей. Этот подход позволяет минимизировать сумму ожидаемых затрат и потерь для каждой дискретной точки заказа. В затраты включаются расходы на хранение единицы материального ресурса во время выполнения заказа. В потери включается все, что связано с дефицитом: потери прибыли, дополнительные затраты на транспортировку, ускорение поставок и т. п.

В системах с фиксированным периодом заказа просмотр уровня запасов выполняется через фиксированные временные интервалы, а заказы размещаются на такое количество материальных ресурсов, чтобы довести уровень запасов до некоторого заранее заданного уровня. Объем заказа определяется по формуле:

Верхний Текущий

Объем заказа = уровень - уровень + Ожидаемый спрос

запасов запасов
Системы подобного типа применяются там, где периодически проводится физическая инвентаризация запасов. Очевидным недостатком этих систем является повышенный риск возникновения дефицита, поскольку уровень запасов отслеживается только в строго определенные моменты времени. Поэтому в отличие от предыдущей системы здесь требуется больший уровень страхового запаса.

^ Самый важный момент для систем с фиксированным периодом — выбор оптимального момента времени (точки) заказа.

При малом периоде возрастают затраты на обработку заказов. При большом периоде резко возрастают уровень запасов и затраты на хранение и повышается вероятность дефицита. Следовательно, временной интервал между просмотрами должен быть таким, чтобы суммарные затраты были минимальными.

Ниже представлены предпосылки, при которых построена оптимизационная модель для систем с фиксированным периодом:

^ 1. Годовой спрос, затраты на хранение, затраты на обработку заказа известны.

2. Средний уровень запаса равен 0,5 от среднего размера заказа. Это предположение соответствует: отсутствию страхового запаса; немедленному выполнению заказа в полном объеме;

равномерному и одинаковому расходу материалов.

3. Потери, вызванные дефицитом и неудовлетворенностью заказчиков, не учитываются.

^ 4. Скидки в зависимости от объема заказа не учитываются.

Помимо моделей, описывающих поведение систем с фиксированным количеством и фиксированным периодом, применяются и другие модели. Наиболее известны среди них гибридные модели и модели с одним периодом.

Гибридные модели объединяют в себе некоторые, но не все свойства моделей с фиксированным объемом и периодом. Одной из них является модель с необязательным пополнением запасов. Подобно системам с фиксированным периодом, просмотр запасов ведется в заданные моменты времени, а заказ дается на пополнение запасов до верхнего предела. Но в отличие от этих систем, пополнение не производится, если в момент просмотра запасы не снизятся ниже заданного уровня. Эта модель предотвращает подачу малых заказов и может быть эффективной при больших затратах на обработку заказа.

Другая довольно простая модель начинает свою работу с установления определенного уровня запаса. Затем, когда бы ни был произведен расход, немедленно подается заказ на пополнение, равный расходу. Эта модель предполагает, что запас будет поддерживаться приблизительно на одном уровне. Начальный запас принимается обычно равным ожидаемому спросу плюс страховой запас, и многие пополнения делаются относительно малыми партиями.

В ходе практической реализации систем управления запасами возникает ряд трудностей, для преодоления которых разработан ряд приемов. Один из таких приемов — применение так называемой АВС-классификации. Большое количество материальных ресурсов, используемых в больших производственных системах, вызывает потребность в их классификации по стоимостям. Подход, называемый АВС-классификацией, базируется на использовании того факта, что малый процент материальных ресурсов в натуральных единицах составляет основную долю в запасах в стоимостном выражении.

В табл. 1 показан пример АВС-классификации.

Все виды анализа, связанные с управлением запасами, должны чаще применяться к группе А, реже — к группе В, еще реже — к группе С.

Модели оптимизации размера партии при сохранении общего подхода развиваются в трех направлениях — увеличение числа составляющих затрат, обобщение модели для стохастического случая, адаптация к изменяющимся условиям.
Таблица 1

Материал	Стоимость запасов, %	Количество в запасах, %	Группа в классификации
Материал 1	75	20	А
Материал 2	20	30	В
Материал 3	5	50	С

^ Статистическое Управление Складскими запасами (SIC)

Хотя потребность для большинства видов сырья, компонент и сборок в модели "сборка на заказ" планируется или MPS или MRP, некоторая потребность для компонент или материалов может быть запланирована основываясь на процессе SIC. SIC компоненты - обычно дешевое сырье или сборки, которые использованы во многих компонентах готового изделия, например, крепеж в компьютере, или клей в мебели. Эти компоненты обычно производятся или приобретаются на основании "SIC политики заказа", типа системы поддержания уровня минимальных складских запасов.

Функции складских запасов как правило рассматриваются как часть логистики, чаще чем как часть производственного процесса, хотя в крупных производствах логистическая и производственная компоненты часто очень тесно связаны, особенно их реализации в функции внутрицехового управления. Независимо от того, как функции складских запасов определена в вашем бизнесе, ее основные задачи остаются теми же самыми и сводятся к статистическому контролю складских запасов.

Другие важные функции модуля управления запасами, которые нужно учитывать при анализе и выборе продукта.

В принципе и приобретаемые и производимые типы изделия могут быть назначены к SIC системе заказа. Всякий раз, когда "экономический уровень запасов" SIC системы заказа падает ниже точки заказа, определенной в главной записи изделии, SIC система планирует производство, или приобретение дополнительного количество изделия. В современных системах возможно определение страхового запаса по каждому складу отдельно, что позволяет реализовывать независимое управление пополнение запасов на складах. "Экономический уровень запасов" вычисляется путем сложения складских запасов доступных "по заказу" и "доступных" складских запасов "в наличии", и вычитания зарезервированных складских запасов.

Количество изделий, которое будет приобретено или произведено, зависит от метода заказа, назначенного к изделию. SIC компоненты системы заказа обычно назначается один из трех методов заказа:

Экономическое количество (величина) заказа
Фиксированное количество (величина) заказа
Пополнение к максимальному уровню запасов

На рисунке ниже показан более сложный вариант работы системы управления запасами, при котором используются практически все перечисленные выше параметры. Так же на рисунке показано, как будут отличаться "профили запасов" при использовании различных методов заказа. Видно что пополнение до максимального запаса, в общем случае приводит к большим затратам на запасы, чем другие методы. Метод фиксированного количества часто может быть обусловлен поставщиком (например "вагонная норма" или поставка "кратно одной упаковке - 120 штук"). Метод "экономического количества" наиболее выгоден с точки зрения минимизации потребляемых ресурсов, но не всегда возможен. Типично в России применятся смешанные методы заказа, при которых система подсказывает требуемое количество, а отдел закупок принимает решение "не ниже потребности" или "близко к потребности". Для эффективного решения данной задачи система должна позволять оперативно анализировать "источники" заказа на закупку, что реализовано например в системе SyteLine, но такая возможность может отсутствовать в "стандартных системах".

Запланированные SIC заказы могут быть основаны на суммарных складских запасах или могут формироваться отдельно для каждого склада. Если тип изделия производимое, процесс генерации SIC приводит к запланированному производственному заказу. Если тип изделия приобретаемое, результат - запланированный Заказ на закупку. Как с другими видами планирования, возникающий в результате плановый заказ на производство и заказ на закупку могут быть изменены если это желательно или необходимо.

Если желательные изменения были сделаны к запланированным SIC заказам на производство и заказу на закупку, запланированные заказы должны быть подтверждены, затем переданы к исполнительным функциям прежде, чем они могут обрабатываться далее. Как и с плановыми заказами MRP, плановые SIC заказы могут быть подтверждены вручную или автоматически и могут быть переданы вручную или автоматически. Сгенерированный SIC производственный заказ передается системе управления цехом, сгенерированный SIC заказ на закупку передается системе закупки.

Модуль складских запасов MRP системы обычно включает обширный набор инструментальных средств для анализа складских запасов для компонент системы заказа SIC. Такого рода системы включают сеансы для анализа ABC-движения, анализа медленного перемещения, оценки складских запасов, и т.д.

Сегодня существуют многочисленные прикладные системы, комплексно решающие задачи управления запасами. В качестве таких систем можно назвать системы IBM, BAAN, R/3.

ЛЕКЦИЯ 8

^ Планирование потребностей в ресурсах
Объединенная система планирования MRP-CRP получила название MRP II.

Системы планирования потребностей в ресурсах определяют количество и время всех производственных ресурсов, необходимых, чтобы произвести конечную продукцию, заданную в графике выпуска продукции. Производственные ресурсы включают материалы и полуфабрикаты, покупные изделия, изделия собственного производства, персонал, финансы и производственные мощности.

На рис. 14 показаны основные элементы систем планирования потребностей в ресурсах. Здесь выясняется, можно ли получить необходимые материальные ресурсы от поставщиков и достаточны ли производственные мощности, чтобы обеспечить выполнение графика выпуска продукции. Если экономически обоснованные возможности недостаточны, то график должен быть изменен. После того как определено, что график выпуска продукции допустим, планы потребностей в материальных ресурсах и мощностях становятся ядром краткосрочного плана производства. Исходя из плана потребностей в материальных ресурсах службы снабжения формируют план поставок всех приобретаемых материальных ресурсов, а службы управления производством составляют оперативные производственные планы.

Ниже описываются два основных элемента систем планирования потребностей в ресурсах — планирование материальных потребностей (MRP) и планирование потребностей в мощностях (CRP).

Планирование материальных потребностей базируется на том, что они определяются как зависимые. Спрос на ресурсы определяется как сумма потребностей по всем видам продукции, которые должны быть произведены.

Подсистема MRP выполняет следующие функции:

• воспринимает информацию MPS;

Рис. 14
• рассчитывает на основе MPS потребности в материалах, полуфабрикатах, DCE по интервалам планового горизонта;

• уменьшает эти потребности для тех материальных ресурсов, которые есть в запасах;

• строит график заказов на приобретение и производство в планируемом периоде.

MRP обеспечивает управленцев информацией, которая позволяет выдерживать сроки поставки продукции заказчикам и обеспечивает своевременность выполнения внутренних заказов в ходе производственного процесса.

На рис. 15 показана динамика уровня запасов при использовании системы МRР. Когда объем заказа фиксирован, применяется политика «точки заказа». При этом заказанное количество плюс страховой запас хранятся в запасах до тех пор, пока конечная продукция, в которой данные материалы и полуфабрикаты применяются, не попадет в график выпуска продукции. Но так как в ожидании попадания в график может пройти длительное время, то в итоге большую часть времени система будет работать с высоким уровнем запасов, а время с низким уровнем будет относительно невелико. Напротив, в MRP заказы на материальные ресурсы возникают синхронно с появлением изделия в графике выпуска продукции. Итогом является значительное снижение среднего уровня запасов и затрат на них.

Рис. 15

а) системы с фиксированным объемом и точкой заказа;

б) система MRP.
Подсистема MRP позволяет лучше организовать управление количеством и временем поставки материальных ресурсов в производстве. Кроме того, входной поток материальных ресурсов становится управляемым в связи с изменениями производственных планов различных уровней.

Эти результаты являются следствием концепции, которая состоит в том, что все материальные ресурсы (материал, деталь, сборочная единица), необходимые для использования в производстве, должны прибыть одновременно туда, где производится конечная продукция, попавшая в график выпуска продукции. Такой подход позволяет ускорить движение ресурсов, которые запаздывают, и замедлить движение ресурсов, которые могут прибыть раньше срока.

Входами в MRP являются график выпуска продукции и данные состояния запасов и состава продукции. Эта входная информация обрабатывается программными средствами MRP. В результате выдается следующая выходная информация: обращение к данным состояния запасов, которые поддерживают данные в актуализированном состоянии; спланированные заказы для обеспечения графика; отчеты, обеспечивающие управленцев информацией для решения задач управления производством.

В MRP не рассматривается вопрос о допустимости графика. Предполагается, что график является допустимым с точки зрения производственных мощностей. График в MRP преобразуется в материальные потребности. Если эти потребности не могут быть удовлетворены располагаемыми материалами в запасах или в уже поданных заказах или существуют временные ограничения на новые заказы, тогда график выпуска продукции необходимо скорректировать. Этот процесс может выполняться параллельно с проверкой на допустимость по мощностям.

Проверка на допустимость графика по мощностям в некоторых системах ERP выполняется в модуле «Формирование графика выпуска продукции». Таким образом, в MRP попадает допустимый с этой точки зрения план верхнего уровня. Однако это не отменяет необходимость проверки на допустимость и на уровне MRP. Вообще в большинстве современных систем проверка планов на допустимость выполняется практически на всех уровнях планирования.

Подсистема планирования графика выпуска продукции управляет работой подсистемы MRP и является основой для MRP в части планирования потребностей в покупных материалах и в собственном производстве. По мере того как график обновляется, результаты работы MRP также модифицируются. Заказы на материальные ресурсы ускоряются, замедляются или выводятся из системы. Характер закрепления плана в графике выпуска продукции повторяется и в MRP.

Данные о составе изделия и применяемости материалов (bill of material или product structure file) представляют собой полный список всех выпускаемых изделий, количество материалов на единицу продукции, структуру продукции. Данные поддерживаются в актуальном состоянии по мере проектирования и конструирования изделий и внесения проектно-конструкторских изменений. Актуализированное состояние данных является одним из основных условий работы подхода MRP. При условии, что данные актуализированы и точны, график выпуска продукции сразу после его подготовки может быть преобразован в материальные потребности.

Основные входные данные в MRP системе следующие:

Данные изделия, включая BOM и маршрутизацию
Данные потребности, сформированные MPS, из системы продаж и\или системы управления проектами
Данные материального обеспечения, включая существующие материальные запасы, уже сделанный производственный заказ и заказы на приобретение

В результате проведения процесса планирования формируются наряды-заказы на производство (цеховые задания), заказы на закупку в системе материально-технического снабжения и сообщения об исключениях, которые свидетельствуют о том, что в процессе планирования возникли проблемы, которые не удалось разрешить или, наоборот при разрешении проблем требуется изменение уже сверстанных планов.

Процесс планирования потребности использует параметры изделия, обсужденные ранее, (тип изделия, политика заказа, система заказа и метод заказа), чтобы определить, должно ли изделие быть заказано функцией планирования потребности, в каком количестве, под какой политикой заказа.

Обычно, прогнозирование потребности - часть функции Объемно-календарного планирования, использующее "историю товара" для статистического анализа и прогноза движения товара на рынке. Если специфический бизнес не использует процесс Обьемно-календарного планирования, сбыт может быть cпрогнозирован для MRP компонент, основываясь на бюджетах сбыта (то есть плановых цифрах продаж, полученных из любых соображений). В некоторых случаях (запасные части, например) сбыт может быть спрогнозирован для MRP компонент на основании бюджета сбыта , даже если процесс прогнозирования потребности в системе Обьемно-календарного планирования используется для готовых изделий. Типичных примером такой ситуации является например замена одного изделия в пределах товарной группы другим (например лазерного принтера на принтер другой марки, или замена в стандартной комплектации компьютера винчестера 6Гб. на 12Гб.)

"Изделие" (item)- базовое понятие MRP системы. "Изделие" -это может быть сырье, компонента, "сборка", или законченная продукция, или любая другая материальная "вещь". В руссом языке для Item, так же как и для BOM нет полностью адекватного перевода, в рамках данного материала будем употреблять термины Изделие и Компонента как взаимозаменяемые эквиваленты Item. Все "компоненты" в пределах MRP системы должны сначала быть определены путем создания "главной записи изделия". Главная запись изделия включает (точнее задает в рамках автоматизированной системы) большинство общих данных относительно каждого изделия, типа единиц измерения, всевозможного описания, уникального номера изделия, и т.д. Данные, связывающие каждую компоненту изделия в главной записи изделия, используются всеми модулями, функциями и процессами в пределах MRP системы. Главная запись изделия как правило включает четыре компоненты специфических для управления плановым процессом в MRP системе: тип изделия, политика заказа, метод заказа и система заказа. Отношения между типом изделия, политикой заказа, системой заказа, и методом заказа очень важны в MRP системе.

MRP система может использовать пять типов изделия или более:

Производимое (производственное)
Покупное (заказное)
Обобщенное
Фантомное (стоимостное)
Субподрядное (субподрядный договор)

Потребность (объем заказа) для производимых и покупных компонент может быть сформирована MPS, MRP, SIC, FAS, и PS (проектной системой).

Цель процесса планирования потребности (MRP - процесса) состоит в преобразовании информации о спросе в производственный заказ, который будет доведен до управления цехом для исполнения, и в формировании распоряжений на закупку, на основании которых будет сформирован календарный план закупок.

Общая схема MRP-процесса

Информация о спросе (потребности) может быть сформирована четырьмя источниками:

Заказы на продажу (включая полученные из заключенных контрактов и заказов на продажу, а в отдельных случаях и из коммерческих предложений)
"Запланированные" в системе MPS заказы
Фактический производственный заказ (например, переходящий из предыдущих периодов)
Потребности из системы управления проектами (планирования проектов)

В некоторых бизнес-моделях, потребность для вариантов изделия может быть сформирована процессом планирования потребности проекта, который является частью системы управления проектами. Следовательно, в зависимости от реализации MRP системы, заказы на закупку могут быть получены из MRP потребности или непосредственно из системы управления закупками или, наконец, из функции управления проектами.

Источник потребности в отдельных компонентах зависит от политики заказа и системы заказа, к которой назначено изделие. Размер закупки для выдачи заказа на поставку (материально-техническое снабжение) вычисляется из заказов на закупку, производственного заказа, планов производства и уровней складских запасов.

Информация в главной записи изделии используется чтобы определить, является ли политика заказа анонимной (anonymous) или "по заказу" (to order) или производственной (MRP), чтобы определить систему заказа, соответствующую изделию. Система заказа определяет каким образом (в частности какой системой планирования) формируется потребность в данном компоненте готовой продукции.

Функция планирования потребности использует информация в BOM чтобы определить количество каждого материала, компоненты или сырья более низкого уровня, чем рассматриваемый на данном этапе планирования , необходимого, чтобы произвести запланированные количества каждого изделия данного более высокого уровня.

Например, запланированный производственный заказ в объеме 33 автомобилей поступает от функции MPS к функции планирования потребности. Состав изделия (BOM) показывает, что для каждого автомобиля требуются 4 колеса. Планирование потребности будет генерировать "запланированный" заказ приобретения (если это закупаемая компонента) или производственный заказ (если колеса планируются и производятся в рамках единого технологического процесса) в размере 33 x 4, то есть 132 колеса. Частным случаем такой ситуации может быть вариант когда требуемые колеса являются субконтрактным изделием, причем контрактором по данному заказу выступает "родственное" или "дочернее" предприятие.

Функция планирования потребности использует тип изделия, устанавливаемый в главной записи изделии для колеса, чтобы определить планировать ли производственный заказ или Заказ на закупку. Если тип изделия для колес установлен - "приобретаемое", то запланированный Заказ на закупку, будет сформирован. Если тип изделия установлен "производимое", плановый производственный заказ будет сформирован.

Хотя тип изделия определит, что необходимо сформировать: запланированный производственный заказ или запланированный Заказ на закупку в ходе процесса планирования, диктуемый данным атрибутом выбор не окончателен. В случае необходимости, производимые компоненты могут быть приобретены. Приобретаемые компоненты также, если это необходимо, могут быть произведены. Однако, MRP система не будет позволять определять BOM или маршрутизацию для данной компоненты или изделия, если тип изделия установлен как "приобретаемое". Следовательно, компонентам, которые могут быть как произведены, так и приобретены, должен быть назначены "производимый" тип изделия, так, чтобы было возможно использовать BOM и маршрутизацию для "дуального" планирования.

Процесс планирования потребности использует для каждого изделия "времена задержек" (lead time - интерпретируется и как "время опережения") приобретения или производства, чтобы определить когда конкретно планировать их производство или приобретение с учетом особенностей логистического процесса.

В примере выше можно представить, что колеса назначены к "приобретаемому" типу изделия, и время задержки приобретения - две недели. Если производство требует семи дней, то процесс планирования потребности будет формировать запланированный Заказ на закупку для колес, который будет передан исполнителю на 21 день прежде, чем автомобили должны быть отгружены. В различных системах может быть установлено различное количество времен задержки, учитывающих например такие особенности, как время доставки, время таможенных операций, время на обработку заказа контрагентом по поставкам.

Реально это - тот же самый базисный процесс планирования потребности, используемый во всем производстве.

Чтобы улучшить точность планирования потребности, MRP система допускает, чтобы даже заявки на продажу (то есть неподтвержденные коммерческие предложения) были включены во входные данные процесса планирования потребности. При этом система должна давать возможность получить информацию о возможных сроках выполнения заказа с учетом уже спланированных работ (заказов) и дать прогноз (проект) реальной себестоимости товаров в заказе с учетом имеющихся запасов и\или прогноза цен на исходные материалы и комплектующие.

Конечно, маловероятно, что все заявки на продажу в конце концов превратятся в заказы.

При наличии модуля APS (advanced planning and scheduling - расширенное управление производственными заданиями) возможно производить процесс планирования хоть при каждом появлении нового заказа, а также устанавливать приоритеты выполнения заказов.

Обьемно-календарный план (MPS) представляет собой список объемов производства на каждое запланированное изделие для каждого периода планирования (отсюда и русское название - "объем в календарном разрезе", английское же название подчеркивает, что данная планировочная таблица является главной для следующих за ней операций планирования). MPS подготавливается на уровне управления бизнесом "в целом" или предприятием и обычно включает развернутые категории готовых изделий.

Период
MPS изделие	1	2	3	4	5	6	7	8
Коврик	86	93	119	100	100	100	100	100
Подставка	0	50	0	50	0	50	0	50
Маркеры	75	120	47	20	17	10	0	0
Карандаши	125	125	125	125	125	125	125	125

Однако, во многих случаях, большинство из компонент (изделий), включенных в систему планирования MPS - "стандартные (типовые, обобщенные) изделия".

Например компания точно не знает, каковы будут спецификации закупаемых автомобилей, но для составления бизнес-плана необходимо провести модельное планирование. Тогда, например, используются "усредненные" по предыдущим периодам (или точнее - "спрогнозированные") спецификации.

Затем запускается функция модельного планирования потребности, чтобы подготовить детализированные, время-структуированные вычисления потребности в материалах и потребности в производственных мощностях, необходимые для того, чтобы удовлетворить плановой потребности MPS. MRP часто планируется для более коротких периодов времени чем MPS. Например, если MPS обычно рассматривает месячные периоды времени как основу планирования, планирование потребности может быть основано на недельных или даже суточных (сменных) интервалах (периодах). Требуемые плановые периоды времени должны быть выбраны основываясь на среднем производственном цикле и\или на среднем цикле продаж (динамике движения запасов). Так, если "в среднем", от момента предварительного согласования спецификации до заключения договора проходит несколько недель - то это требует одного горизонта планирования. Если же клиент готов забирать товар на следующий день или даже через несколько часов - то, соответственно, другого. При этом и в том, и в другом случае производственный цикл может составлять 1-2 дня.

После согласования предварительного MPS он превращается в "запущенный" (запланированный) объемно-календарный план. После этого проводится полноценная процедура планирования потребности в материалах и производственных мощностях.

Задача процесса планирования потребности - подготовить детализированные планы производства продукции и приобретения компонент и сборок, необходимых для удовлетворения обьемно-календарного плана (MPS).

^ Таким образом, подсистема MRP работает следующим образом:
1. Из MPS получается количество изделий, которые необходимо выпустить в каждом интервале планируемого периода.

2. К изделиям присоединяются сервисные изделия, которые не были включены в график, но исходя из заказов клиентов рассматриваются как конечная продукция.

3. Информация об изделиях, определенных выше, преобразуется в общие потребности по всем материальным ресурсам по всем периодам заданного горизонта с учетом информации о составе изделия и применяемости материалов.

^ 4. С помощью информации о состоянии запасов вычисляются для каждого периода чистые потребности по формуле:
Чистые = Общие - Запас в + Страховой + Запасы, предназначенные

потребности потребности наличии запас для других предприятий
Если чистые потребности не нулевые, необходимо сформировать заказы на соответствующий материальный ресурс.

5. Заказы сдвигаются на ранние временные периоды в соответствии с производственными циклами или циклами выполнения заказов поставщиками. Так определяется время запуска заказа в производство или подачи заказа поставщику.

Из MRP выдаются транзакции в подсистему управления запасами (перечень запускаемых заказов, изменения в заказах и т. п.), которые используются для корректировки файла состояния запасов. Всякий раз, когда возникают чистые потребности в материальных ресурсах, в MRP должно вырабатываться решение об оптимальном размере партии заказа (lot-sizing decision). Существуют различные методы ее решения. В их числе, в частности, метод нормативного заказа (lot-for-lot (LFL)) и метод периодического пополнения запасов (period order quantity (POQ)). Первый заключается в том, что размер партии принимается равным чистым потребностям. Во втором размер партии принимается равным чистым потребностям за период, длительность которого является параметром системы. Практическое применение в реальных системах находят указанные методы или их модификации.

В модулях MRP многих систем допускается планирование только изменений. В этих системах график выпуска продукции обновляется только за счет изменений. Система MRP затем приводится в действие, чтобы выдать выходную информацию, касающуюся только произведенных изменений, а не всего нового графика. Такой подход означает, что все расчеты выполняются на подмножестве планово-учетных единиц из графика. С точки зрения теории управления такой подход является правомерным, однако он не всегда оказывается эффективным, так как может привести в ряде случаев к росту трудоемкости и затрат вычислительных ресурсов на отбор подмножества, для которого производится определение материальных потребностей.

Для относительно несложных производственных процессов используется периодический перерасчет MRP на полном множестве. Такие системы, безусловно, проще в проектировании и внедрении. Однако они не могут применяться постоянно для многономенклатурного многосерийного и индивидуального производства, так как это привело бы к резкому возрастанию потребностей в вычислительных ресурсах и снижению эффективности системы управления.

Системы MRP создавались для производственных предприятий и очень редко использовались при планировании материальных потребностей организаций, оказывающих различные услуги (рис. 1).

^ Рис. 1. Схема MRP

Довольно часто составляющей MRP-систем являлась система планирования производственных мощностей CRP (Capacity Requirements Planning) (рис. 2)

^ Рис. 2. Схема CRP

Модули MRP находят применение и в специфических производствах, осуществляющих сборку под заказ (assemble-to-order). В этих производствах номенклатура конечной продукции необычайно высока, поскольку заказчики получают возможность выбрать многочисленные конфигурации. На основе небольшого количества базовых моделей изделий и многочисленных опциональных возможностей число видов конечной продукции может достигать астрономических величин.

По этой причине на предприятиях, осуществляющих сборку под заказ, график выпуска продукции и план материальных потребностей MRP обрабатываются отдельно от графика сборки под заказ (final assembly schedule (FAS)). График FAS обычно разрабатывается на одну-две недели, и в него включается уникальная продукция, заказанная клиентами. В то же самое время график выпуска продукции, MRP и все другие элементы системы планирования потребностей в ресурсах имеют дело с более длительными производственными циклами и не базируются на уникальных заказах. В системе MPS при построении FAS обрабатывается так называемый модульный состав изделия (modular bill of material), который отражает свойства семейства продукции. Он представляет собой список с указанием прогнозируемого в процентах спроса клиентов на варианты, которые создаются на основе базовой комплектации, общей для всех заказов. Такой подход значительно уменьшает нагрузку на вычислительную систему со стороны MRP, но приводит к необходимости применения специальных методов и средств построения FAS и ведения файла состава изделия.

Планирование потребностей в производственных мощностях представляет собой часть системы планирования потребностей в ресурсах. Она предназначена для проверки графика выпуска продукции на допустимость по мощностям. В ходе этой проверки план прорабатывается до уровня, где заказы связаны с рабочими местами, а в ходе принятия решения могут рассматриваться сверхурочные, установка дополнительного оборудования, возможности выполнения работ по субконтракту на стороне.

Подсистема CRP выбирает информацию о заказах, порожденную в планах MRP, и приписывает заказы к рабочим местам в соответствии с маршрутными технологиями. В маршрутных технологиях задана последовательность производственных процессов для каждого заказа. Затем информация о партиях материальных ресурсов преобразуется в данные о нагрузке на мощности на основе норм затрат труда и времени работы оборудования. Затем составляются графики нагрузки по всем заказам для каждого рабочего места. Если мощность достаточна по всем рабочим местам во всех временных периодах, то график MPS утверждается. Если нет, то должно быть выяснено, нельзя ли изменить мощности каким-либо рациональным способом — за счет сверхурочных, установки дополнительного оборудования или передачей заказов на сторону по субконтракту. Если таких возможностей нет, то необходимо пересмотреть маршруты с целью снижения нагрузки на «узкие места» или пересмотреть график выпуска с точки зрения изменения в первую очередь сроков запуска и, если возможно, сроков выпуска.

Центральным моментом проверки допустимости графика MPS является построение графиков нагрузки по рабочим местам.

График нагрузки создается для сравнения нагрузки с располагаемыми мощностями по периодам горизонта планирования. Графики нагрузки строятся от завершающихся стадий производства к начальным.

Иногда детализация плана MRP до работ не производится, а оценка его допустимости выполняется на основе производственных циклов для компонент и объемно-календарных оценок потребностей в мощностях.

^

ЛЕКЦИЯ 9

Оперативное управление производством

Практически во всех базовых системах можно встретить две обособленные подсистемы для оперативного управления производством. Первая предназначена для мелкосерийного и индивидуального производства, организованного по технологическому принципу (process-focused factories), а вторая — крупносерийного и массового — производства, организованного по предметному принципу (product-focused factories).

В мелкосерийном и индивидуальном производстве обычно применяются системы «с проталкиванием». На рис. 16 показано, что импульсом к началу работ по оперативному управлению становятся результаты работы задачи определения материальных потребностей, доведенные до определения партий и сроков запуска заказов, необходимых для обеспечения графика выпуска продукции.

На основе этой информации управленцы получают возможность составлять ежедневные графики работ и принимать другие оперативные решения цехового уровня, которые включают определение очередности выполнения заказов на уровне рабочих мест (участков, обрабатывающих центров), закрепление заказов за единицами оборудования внутри участков и управление ходом производства на цеховом и более глубоких уровнях.
В ходе оперативного управления выполняются следующие действия:
1. Каждому заказу приписывается приоритет, который определяет относительную важность заказа. Это позволяет задать очередность обработки заказов в участках.

2. Выдаются диспетчерские списки (dispatching list) для каждого участка. В диспетчерских списках задается следующая информация: перечень заказов, приоритеты, сроки выпуска заказа из участка. Иногда диспетчерские списки формируются только для отстающих позиций.

3. Постоянно корректируется информация о запасах незавершенного производства (work-in-process inventory). Определяются следующие параметры: местонахождение каждого заказа и количество предметов в нем; передачи заказов между участками; уровень брака; количество изделий, требующих доработки; размеры дефицита по заказу.

^ 4. Обеспечивается управление запуском-выпуском по всем участкам. Это возможно на основании информации о передачах работ между участками.

5. Ведется учет производительности и загрузки оборудования и персонала на каждом участке.

Управление по запуску-выпуску является ключевым видом деятельности в оперативном управлении, позволяющем выявить неэффективное использование - мощностей, их перегрузку, сбои в ходе Производственного процесса в рамках участков.

В ходе управления по запуску-выпуску можно определить, были ли трудоемкости работ на входе и на выходе одинаковы, если мощность участка была равна плановой. Если на участок поступил слишком большой объем работ по сравнению с мощностью, это может Привести к росту объема незавершенного производства. Когда на участке скапливается слишком большое количество работ, это приводит к нарушениям производственного процесса не только на данном участке, но и на последующих. Напротив, если входной поток работ слишком мал, это приводит к низкой загрузке и простоям персонала.

Целям координации графиков участков служат диаграммы Гантта. Они обычно используются для визуального представления работ, которые выполняются на каждом участке. На рис. 17 показан пример диаграммы Гантта для цеха, состоящего из пяти участков.

Сочетание управления запуском-выпуском и диаграмм Гантта обеспечивает управленцев систематической информацией для координации потоков работ между участками.

Рис. 16
Следующий важный момент в оперативном управлении — задание приоритетов для работ на участке. ^ Практическое решение задачи оперативно-календарного планирования заключается в применении правил приоритетов.

Широко применяются следующие правила приоритетов:

1. Первый пришел — первым обслужен (First-come first served (FCFS)).

2. По наименьшему времени выполнения (Shortest processing time (SPT)).

3. С наиболее ранней требуемой датой выполнения (Earliest due date (EDD)).

4. Критическое число (Critical ratio (CR)). Первой выполняется работа с наименьшим критическим числом, которое представляет собой отношение времени до требуемой даты выпуска к общему оставшемуся времени выполнения работы.

5. Наименьшие затраты на переналадку (Least changeover cost (LCC)). Очередность выполнения работ определяется на основе анализа общих затрат на переналадку между этими работами.

Опыт использования правил предпочтения показал, что не существует какого-либо одного правила, приводящего к наилучшим результатам по всем критериям и при всех условиях.

Один из подходов к построению системы оперативно-календарного планирования заключается в следующем. Сначала для репрезентативной выборки работ моделируют расписание с помощью различных правил приоритетов. По результатам моделирования отбирают наиболее удачное правило с точки зрения наиболее важного критерия. С этого момента найденное правило становится составной частью системы оперативно-календарного планирования.

Наиболее часто применяемый критерий при оценке расписаний работ — длительность совокупного производственного цикла. Минимизация этого показателя удовлетворительно коррелирует с задачами минимизации затрат на производство и максимизации загрузки оборудования. В общем случае эта задача для п работ, выполняемых на т участках (рабочих центрах, станках). Эта задача не имеет точного решения. Как правило, для ее приближенного решения применяют такие правила, как SPT, CR, EDD.

^ Рис. 17
Управление материальными ресурсами и снабжением
В рамках производственного процесса существует материальная система, которая охватывает все материальные ресурсы, участвующие в производственном процессе, начиная от находящихся у поставщиков и заканчивая отправленными заказчику.

Процесс управления охватывает все виды материальных потоков, существующих на стадиях снабжения, производства, хранения, отгрузки и распределения готовой продукции. На рис. 18 показаны связи между системами планирования потребностей в материальных ресурсах и управлением материальными ресурсами.

Материальное управление в различных системах может отличаться, но, как правило, включает управление закупкой, логистиками, хранением, темпом выполнения операций. Наиболее часто встречаются следующие функции по управлению закупками:

1. Ведение баз данных о поставщиках. Здесь содержится информация о поставщиках, их настоящей и будущей продукции, качестве продукции и ценах.

2. Отбор поставщиков для каждого вида материальных ресурсов. Отбор выполняется на основе анализа поставщиков.

3. Заключение контрактов с поставщиками. В контракты обычно включаются такие условия и требования, как цена, платежи, скидки, график поставки, качество, условия эксплуатации, условия оплаты.

4. Обеспечение связи всех подразделений фирмы с поставщиками.

5.Основными документами, с которыми работает отдел закупок, являются: материальная спецификация (material specification), заявка на закупку (purchase requisition), запрос о ценах (request for quotation), заказ на закупку (purchase order). Эти и многие другие документы формируются на ЭВМ.

Логистикой называют управление движением материальных ресурсов внутри предприятия, отгрузкой материалов от поставщика и отгрузкой готовой продукции заказчику.

Управление осуществляется следующими процессами:

1. Выгрузкой материала из транспортного средства и размещением его во входном складе.

2. Перемещением материала из входного склада к месту входного контроля.

3. Перемещением материала от места входного контроля к месту хранения и его пребывания там, пока он не понадобится.

4. Отпуском материала со склада и подачей его к месту использования в производстве.

5. Перемещением материала между операциями.

6. Перемещением готовой продукции после окончательной сборки в склад готовой продукции.

7. Отпуском готовой продукции и передачей ее на упаковку и отгрузку.

8. Перемещением готовой продукции на грузовую площадку.

9. Загрузкой готовой продукции в транспортное средство на грузовой площадке.

С логистикой тесно связаны методы управления хранением материалов и продукции от момента получения от поставщика до момента отгрузки заказчику.

Рис. 18
Под хранением материалов на складе (warehousing) понимают комплекс функций, включающих помещение в склад, размещение внутри склада, заказ на отпуск и инвентаризацию. Эти функции выполняются для всех видов материальных ресурсов от материалов и полуфабрикатов до готовой продукции.

Как правило, в дискретном производстве материалы сначала прибывают на склад, где фиксируется их попадание в запасы. Затем по заявкам на отпуск (stock requisition), которые исходят от производства, они подаются в назначенное время в требуемое место.

В ходе хранения изменение состояния материального ресурса отмечается в виде записей в базе данных (stock record). Отдельные позиции, для которых делаются отдельные записи, называются единицами хранения (stock-keeping unit (SKU)). В ходе инвентаризации все записи обрабатываются, что дает возможность определить наличие, приход, расход и другие изменения, которые влияют на баланс единиц хранения. Кроме того, записи могут отражать ожидаемые поступления, обещанные к отпуску или распределенные единицы хранения, даже если последние находятся все еще в запасах.

Многие фирмы сегодня используют компьютерные системы с непрерывной инвентаризацией (perpetual inventory-accounting system), в которых записи обрабатываются в реальном времени. В этих записях, однако, могут быть ошибки, и для того, чтобы компенсировать их воздействие, в системы включаются режимы периодических подсчетов (cycle counting).

Периодичность подсчетов может быть различной: при достижении точки заказа, при поставке, через определенный временной интервал. Все материалы в зависимости от их ценности делятся на три группы — А, В, С. Для каждой группы может быть установлена своя периодичность. В ходе производства возникают ситуации, требующие корректирующего воздействия типа ускорения (expediting) или замедления (de-expediting) прохождения заказов через систему управления материальными ресурсами. Многие прикладные системы содержат в своем составе процедуры и функции, обеспечивающие адаптивность, которая заключается в изменении скорости прохождения заказов.

Системы типа ERP активно применяются также для решения задач оптимизации маршрутов перевозок, оптимизации загрузки транспортных средств, обеспечения связи между участниками процесса транспортировки и отправителями, формирование планов отгрузки продукции и запасных частей. Одна из тенденций современных ERP-систем -- интеграция систем управления логистикой, транспортировкой и распределительными системами.
^ Новые идеи и методы в ERP
Развитие идей, методов и средств управления производственными системами привело к появлению систем нового поколения, получивших название «продвинутых систем управления» (Advanced Planning and Scheduling System — APS). Их нельзя рассматривать исключительно как новые информационные технологии. Напротив, новые технологии в них используются для реализации новых методов организации и управления производством.

На протяжении 1994—1996 гг. рынок систем ERP развивался высокими темпами. Объем продаж возрастал примерно на 40% в год. Такие темпы считаются необычайно высокими в любой отрасли. В то же самое время объем продаж APS-систем возрастал вдвое быстрее. Начинает проявляться тенденция к фундаментальному изменению тех концепций управления, на которых строятся современные системы ERP. Многие их этих концепций входят в противоречие с требованиями к управлению в динамичных производственных системах. Заказчикам продукции требуются как можно меньшие длительности выполнения заказов в сочетании с высокой точностью выдерживания сроков. Часто эти требования измеряются уже не днями или неделями, а часами и минутами. Кроме того, все отчетливее проявляется такое требование к системам управления, как сочетание массового характера производства с индивидуальным исполнением изделий (mass customization).

Можно выделить следующие направления, в которых совершается переход от ERP к APS:

• повышение степени детализации при планировании мощностей, что позволяет принимать более обоснованные плановые решения;

• появление новых информационных технологий, позволяющих одновременно повысить степень детализации и решать в реальном времени задачи анализа и моделирования;

• включение в системы специальных средств, которые приспособлены к работе высшего звена;

• рассмотрение задач с одновременными ограничениями на доступные материальные ресурсы и мощности;

• формирование плановых решений одновременно для многих заводов;

• улучшение обратной связи в виде задач учета фактического состояния процессов за счет повышения точности и оперативности;

• широкое применение методов оптимизации плановых решений;

• динамический подход к ведению информации о производственных циклах.

Обычно системы APS представляют собой объединение четырех взаимосвязанных процессов. Во всех четырех процессах довольно часто используются одни и те же подходы к планированию, но входные данные и ограничения отличаются. На рис. 19 показаны четыре шага Модели APS.

Планирование производственной цепочки

Планирование деятельности предприятия

Оценка возможности выполнения

Производственный график

Рис. 19
Планирование производственной цепочки (Supply Chain Planning — SCP) — это высший уровень системы планирования. Подход к планированию предполагает учет необходимых факторов как внутри, так и вне предприятия. Могут включаться такие внешние факторы, как мощности смежников и поставщиков, уровень спроса со стороны покупателей продукции, варианты организации транспортировки.

С помощью SCP вырабатываются допустимые планы с учетом ограничений на производственные мощности по всей производственной цепочке. Цель данного шага заключается в обеспечении координации планов и графиков, базирующихся на использовании этих ресурсов.

Планирование деятельности предприятия состоит в том, что бизнес-планы, производственные мощности и материальные ресурсы оптимизируются с целью удовлетворения рыночного спроса или спроса отдельных заказчиков. На этом уровне рассматриваются основные производственные ресурсы и материальные потребности и вырабатывается допустимый план, который затем улучшается с учетом других ограничений и целей предприятия. В 'качестве ограничений обычно рассматриваются мощности производства и распределительной сети, доступность материальных ресурсов и других наиболее важных ресурсов, а в качестве целей — степень удовлетворения спроса заказчиков, прибыль, уровень запасов и т. п. Вообще, этот шаг объединяет и оптимизирует выполнение функций, традиционно выполняемых модулями ERP верхнего уровня (бизнес-планирование, планирование производства, формирование графика выпуска продукции, расчет потребностей на производственную программу).

Используя полученный ранее план работы предприятия как входной, модуль производственного планирования (Production Scheduling) имеет дело с доступными материальными ресурсами, детализированной информацией о мощностях и информацией о состоянии хода производства для того, чтобы решать задачу календарного планирования, имея главной целью выполнение сроков завершения заказов. В ходе производственного планирования, которое имеет календарный характер, используются те же самые цели и ограничения, что и на предыдущем уровне, но и информация более детализирована. Материальные ресурсы привязаны к конкретным операциям, на которых они используются, чтобы повысить точность определения краткосрочных материальных потребностей. Производственное планирование выполняет также функцию регулирования для более высокого уровня с тем, чтобы скорректировать сроки и количества при реализации материальных потребностей внутри предприятия и от смежников.

Оценка возможности выполнения (available-to-promise — АТР) — это средство обеспечения функционирования трех предыдущих уровней. Она специально введена в систему, чтобы повысить точность определения обещаемых заказчикам дат выполнения заказов. При решении этой задачи используется информация из имеющегося производственного плана, а также о ресурсах, необходимых для производства уже имеющихся, но не включенных в план заказов. Новая концепция вычисления АТР в реальном времени, то есть на основе не статического, а динамически скорректированного производственного плана, иногда называется задачей о возможности выполнения заказов на основе доступных мощностей (capable-to-promise или capacity-to-promise — СТР).

Системы APS представляют собой сегодня скорее обобщенную модель и модули, чем интегрированные продукты. Они используются совместно с уже имеющимися системами планирования.

В современных системах APS применяется широкий спектр алгоритмов оптимизации.

Наиболее часто встречаются следующие подходы.

^ Линейное программирование. Задача оптимизации решается для линейной целевой функции при линейных ограничениях и ограничениях на переменные.

Алгоритмы типа случайного поиска. Группа методов, основанная на принципе генерирования, анализа и отбора лучшего варианта плана. При этом лучший текущий план может явиться для следующей итерации базовым, в окрестности которого будет продолжаться поиск.

^ Алгоритмы, основанные на теории ограничений. Теория ограничений представляет собой подход к календарному планированию, в котором сначала строится план для «узкого места» в системе, а затем от него для всех остальных элементов системы.

^ Эвристические алгоритмы. Развитая группа методов, доступная благодаря мощности современных ЭВМ. Это, как правило, алгоритмы неслучайного поиска, которые заключаются в просмотре переменных в положительном и отрицательном направлении с целью улучшить план. При этом активно используется специфика задачи. Одна из особенностей реализации эвристических алгоритмов: фирмы-производители систем APS часто продают их в виде «черных ящиков», не раскрывая их содержания.

Моделирование и поддержка принятия решений — это одно из основных средств подхода APS, особенно тех, которые ориентированы на планирование верхнего уровня.

Практически все APS-системы обладают возможностями моделирования. Диапазон возможностей широк — от ведения многочисленных копий планов для пошагового сравнения до возможности анализа затрат для различных планов. Многие программные системы имеют встроенные панели, которые отображают результаты оптимизации и организуют их передачу для имитационного моделирования.

Потенциал систем APS в области моделирования далеко не исчерпан. Сейчас они ориентированы в основном на поддержку принятия тактических решений, связанных с появлением новой продукции или новых заказов. Потенциальные возможности распространяются на решения стратегического характера, такие, как строительство новых заводов, объединение предприятий, поведение рынка.

Сегодня многие фирмы-разработчики включают модули APS в ядра своих систем типа ERP или вступают в кооперацию с ведущими производителями.
^ Некоторые особенности развития
Таким образом, концепции MRPII/ERP постоянно эволюционируют и совершенствуются. В каждый момент времени в них можно выделить, условно говоря, три слоя.

В первом слое находятся те методы и средства, которые проверены практикой и закреплены в виде стандартов. В США существует система стандартов, которая поддерживается государством, в частности Министерством обороны. В этих стандартах сформулированы требования к информационным системам фирм, выполняющих государственные заказы. В результате на стадии заключения контракта повышается уверенность государства в разумном расходовании бюджетных средств, а на стадии его выполнения осуществляется всесторонний контроль за сроками выполнения и фактическими затратами. В качестве примера можно упомянуть правительственный документ «Требования к системам управления материальными процессами» (Material Management and Accounting System — MMAS).

Стандарты в первую очередь определяют требования к функциональной насыщенности систем управления, методам и результатам получения отчетности о финансовом состоянии контрактов. Фирмы — производители базовых систем тщательно следуют этим стандартам. Именно по этой причине сравнительный анализ различных базовых систем (особенно крупномасштабных) может потребовать значительных усилий, поскольку на первый взгляд функциональные возможности практически не отличаются.

Второй слой составляют достаточно устойчивые, часто применяемые методы и приемы, которые, однако, не носят обязательного характера. Эти методы и приемы можно обнаружить при более глубоком анализе функциональных структур. В качестве примеров можно привести методологию скользящего планирования в MPS/ MRP, алгоритмы образования партий в MRP, правила приоритетов в SFC и многое другое.

Этот слой, жестко не регламентируемый, тем не менее представляет собой довольно стройную систему взаимосвязанных идей и методов. Главная роль в поддержании этой части концепций MRPII/ ERP принадлежит, безусловно. Американскому обществу управления производством и запасами (APICS), основанному в 1957 г. Сегодня APICS объединяет около 70 000 специалистов из многих стран мира, представляющих около 20 000 компаний. В их числе примерно 500 компаний США, работающих в области систем MRPII/ERP. Среди направлений деятельности APICS — распространение информационных материалов; оповещение о публикациях и проектах в области образования и переподготовки; реализация двух программ сертификации специалистов — по управлению производством и запасами (CPIM) и интегрированными ресурсами (CIRM); проведение очных и заочных конференций. APICS периодически издает толковый словарь «APICS's Dictionary», который содержит сотни терминов, относящихся к MRPII/ERP, и способствует унификации терминологии. Этот момент исключительно важен, особенно для потенциальных пользователей в России на стадии анализа и выбора базовой системы. Значительный интерес представляют имеющиеся в Internet рекомендуемые APICS списки литературы по различным вопросам MRPII/ERP. Действует гибкая система членства в APICS, предусматривающая четыре вида членства — для корпораций, специалистов, учащихся университетов и колледжей, пенсионеров. Внутри APICS выделена группа, специализирующаяся в области управления сложными отраслями промышленности (CI SIG), такими, как аэрокосмическая и оборонная.

К третьему слою идей и методов MRPII/ERP следует отнести то новое, что вносят в свои базовые системы фирмы — производители программных продуктов. Реализованные на их основе новые информационные технологии представляют собой «know-how» фирм-разработчиков. Как правило, именно в этом слое можно обнаружить значительные отличия продуктов различных фирм. Некоторые из новых технологий в состоянии оказывать серьезное влияние на эффективность построения крупных информационных систем. К ним относится, например, «Система динамического моделирования» (Dynamic Enterprise Modeling — DEM) фирмы BAAN, которая представляет собой проблемно-ориентированную CASE-технологию проектирования систем управления предприятиями.

Видное место среди идей и методов систем MRPII/ERP принадлежит специально разработанным методикам внедрения систем. Анализ литературы и опыт общения со специалистами различных фирм показывают, что на сегодняшний день сложилось устойчивое представление о том, в какой последовательности и какими методами следует внедрять системы типа MRPII/ERP. Тщательное планирование проектов по внедрению, организация деятельности коллективов, упор на переподготовку персонала всех уровней (особенно высшего уровня) — вот далеко не полный перечень условий достижения положительных результатов. Этой работой занимаются сотни консалтинговых фирм различного масштаба, университеты, бизнес-школы.

Наличие мощной инфраструктуры и методологии построения систем способствует достижению высокого уровня эффективности при внедрении систем управления типа MRPII/ERP на промышленных предприятиях. По некоторым оценкам, внедрение подобных систем способно привести к сокращению запасов до 30%, росту производительности труда до 25%, возрастанию количества заказов, выполненных в срок, до 20%.

^

ЛЕКЦИЯ 10

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ СИСТЕМЫ

Модели ЖЦ и его основные этапы

При описании жизненного цикла системы используются следующие понятия:

• процесс — цепочка последовательно выполняемых работ;

•этапы — последовательные отрезки времени, в течение которого выполняются работы. В течение этапа могут выполняться работы, относящиеся к разным процессам. В основе деятельности по созданию и использованию автоматизированной системы управления предприятием (АСУП) лежит понятие ее жизненного цикла (ЖЦ). ЖЦ является моделью создания и использования АСУП, отражающей ее различные состояния, начиная с момента возникновения необходимости в данном изделии и заканчивая моментом его полного выхода из употребления у всех без исключения пользователей.

Традиционно выделяются следующие основные этапы ЖЦ АСУП:

• анализ требований;

• проектирование;

• программирование/внедрение;

• тестирование и отладка;

• эксплуатация и сопровождение.

ЖЦ образуется в соответствии с принципом нисходящего проектирования и, как правило, носит итерационный характер: реализованные этапы, начиная с самых ранних, циклически повторяются в соответствии с изменениями требований и внешних условий, введением ограничений и т. п. На каждом этапе ЖЦ порождается определенный набор документов и технических решений, при этом для каждого этапа исходными являются документы и решения, полученные на предыдущем этапе. Каждый этап завершается верификацией порожденных документов и решений с целью проверки их соответствия исходным.

Существующие модели ЖЦ определяют порядок исполнения этапов в ходе разработки, а также критерии перехода от этапа к этапу. В соответствии с этим наибольшее распространение получили три следующие модели ЖЦ:

^ 1. Каскадная модель (в 70—80-е годы) — предполагает переход на следующий этап после полного окончания работ по предыдущему этапу и характеризуется четким разделением данных и процессов их обработки.

^ 2. Поэтапная модель с промежуточным контролем (в 80—85-е годы) — итерационная модель разработки с циклами обратной связи между этапами. Преимущество такой модели заключается в том, что межэтапные корректировки обеспечивают меньшую трудоемкость по сравнению с каскадной моделью; с другой стороны, время жизни каждого из этапов растягивается на весь период разработки.

^ 3. Спиральная модель (в 86—90-е годы) — делает упор на начальные этапы ЖЦ: анализ требований, проектирование спецификаций, предварительное и детальное проектирование. На этих этапах проверяется и обосновывается реализуемость технических решений путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует поэтапной модели создания фрагмента или версии системы, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество, планируются работы следующего витка спирали. Таким образом углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.

^ Специалистами отмечаются следующие преимущества спиральной модели:

• накопление и повторное использование программных средств, моделей и прототипов;

• ориентация на развитие и модификацию системы в процессе ее проектирования;

• анализ риска и издержек в процессе проектирования

. Отметим, что главная особенность индустрии АСУП состоит в концентрации сложности на начальных этапах ЖЦ (анализ, проектирование) при относительно невысокой сложности и трудоемкости последующих этапов. Более того, нерешенные вопросы и ошибки, допущенные на этапах анализа и проектирования, порождают на последующих этапах трудные, часто неразрешимые проблемы и, в конечном счете, могут лишить успеха.

^ Анализ требований

Анализ требований является первой фазой разработки АСУП, на которой требования заказчика уточняются, формализуются и документируются. Фактически на этом этапе дается ответ на вопрос: «Что должна делать будущая система?». Именно здесь лежит ключ к успеху всего проекта. В практике создания больших систем известно немало примеров неудачной реализации проекта именно из-за неполноты и нечеткости определения системных требований.

Список требований к АСУП должен включать:

• совокупность условий, при которых предполагается эксплуатировать будущую систему (аппаратные и программные ресурсы, предоставляемые системе; внешние условия ее функционирования; состав людей и работ, имеющих к ней отношение);

• описание выполняемых системой функций;

• ограничения в процессе разработки (директивные сроки завершения отдельных этапов, имеющиеся ресурсы, организационные процедуры и мероприятия, обеспечивающие защиту информации).

Целью анализа является преобразование общих, неясных знаний о требованиях к будущей системе в точные (по возможности) определения. Результатом этапа должна являться модель требований к системе (по другому — системный проект), определяющая:

• архитектуру системы, ее функции, внешние условия, распределение функций между аппаратной и программной частями (ПЧ);

• интерфейсы и распределение функций между человеком и системой;

•требования к программным и информационным компонентам ПЧ, необходимые аппаратные ресурсы, требования к базе данных, физические характеристики компонент ПЧ, их интерфейсы. Модель требований должна включать:

• полную функциональную модель требований к будущей системе с глубиной проработки до уровня каждой операции каждого должностного лица;

• спецификации операций нижнего уровня;

• пакет отчетов и документов по функциональной модели, включающий характеристику объекта моделирования, перечень подсистем, требования к способам и средствам связи для информационного обмена между компонентами, требования к характеристикам взаимосвязей системы со смежными системами, требования к функциям системы;

• концептуальную информационную модель требований;

• пакет отчетов и документов по информационной модели;

• архитектуру системы с привязкой к концептуальной информационной модели;

• предложения по оргштатной структуре для поддержки системы.

Таким образом, модель требований содержит функциональную, информационную и, возможно, событийную (в случае если целевая система является системой реального времени) модели, обеспечивающие ряд преимуществ по сравнению с традиционной моделью:

1. Для традиционной разработки характерно осуществление начальных этапов кустарными неформализованными способами. В результате заказчики и пользователи впервые могут увидеть систему после того, как она уже в большей степени реализована. Естественно, эта система будет отличаться от того, что они ожидали увидеть. Поэтому далее последует еще несколько итераций ее разработки или модификации, что требует дополнительных (и значительных) затрат денег и времени. Ключ к решению этой проблемы и дает модель требований, позволяющая:

• описать, «увидеть» и скорректировать будущую систему до того, как она будет реализована физически;

•уменьшить затраты на разработку и внедрение системы;

• оценить разработку по времени и результатам;

• достичь взаимопонимания между всеми участниками работы (заказчиками, пользователями, разработчиками, программистами и т. д.);

• улучшить качество разрабатываемой системы, а именно выполнить ее функциональную декомпозицию и спроектировать оптимальную структуру интегрированной базы данных.

2. Модель требований полностью независима и отделяема от конкретных разработчиков, не требует сопровождения ее создателями и может быть безболезненно передана другим лицам. Более того, если по каким-либо причинам предприятие не готово к реализации системы на основе модели требований, она может быть положена «на полку» до тех пор, пока в ней не возникнет необходимость.

3. Модель требований может быть использована для самостоятельной разработки или корректировки уже реализованных на ее основе программных средств силами программистов отдела автоматизации предприятия.

4. Модель требований может использоваться для автоматизированного и быстрого обучения новых работников конкретному направлению деятельности предприятия, поскольку ее технология содержится в модели.

Этап анализа требований является важнейшим среди всех этапов ЖЦ. Он оказывает существенное влияние на все последующие этапы, являясь в то же время наименее изученным и понятным процессом. На этом этапе, во-первых, необходимо понять, что предполагается сделать, а во-вторых, задокументировать это, так как если требования не зафиксированы и не сделаны доступными для участников проекта, то они вроде бы и не существуют. При этом язык, на котором формулируются требования, должен быть достаточно прост и понятен заказчику.

С другой стороны, рассматриваемый этап ЖЦ является наиболее трудной частью разработки. Нижеследующие проблемы, с которыми сталкивается системный аналитик, взаимосвязаны (и это является одной из главных причин сложности их разрешения):

•аналитик не всегда располагает исчерпывающей информацией для оценки требований к системе с точки зрения заказчика;

• заказчик, в свою очередь, не имеет достаточной информации о проблеме обработки данных для того, чтобы судить, что выполнимо, а что нет;

•аналитик сталкивается с чрезмерным количеством подробных сведений как о предметной области, так и о новой системе;

•традиционная (текстовая) спецификация системы из-за объема технических терминов часто непонятна заказчику;

•если такая спецификация понятна заказчику, она будет недостаточной для проектировщиков и программистов, создающих или адаптирующих систему.

Конечно, применение известных аналитических методов снимает отдельные проблемы анализа, однако приемлемое решение совокупности этих проблем может быть найдено только путем применения современных методик системной и программной инженерии, ключевое место среди которых занимают методологии структурного и объектно-ориентированного анализа.
^ Структурные методы анализа
Структурным анализом принято называть метод исследования системы, который начинается с общего обзора ее и затем детализируется, приобретая иерархическую структуру со все большим числом уровней. Для таких методов характерно:

• разбиение на уровни абстракции с ограничением числа элементов на каждом из уровней (обычно от 3 до 7, при этом верхняя граница соответствует возможностям человеческого мозга воспринимать определенное количество взаимоувязанных объектов, а нижняя выбрана из соображений здравого смысла);

•ограниченный контекст, включающий лишь существенные на каждом уровне детали;

• использование строгих формальных правил записи;

• последовательное приближение к конечному результату.

Методы структурного анализа позволяют преодолеть сложность больших систем путем расчленения их на части («черные ящики») и иерархической организации этих черных ящиков. Преимущество использования черных ящиков заключается в том, что их пользователю не требуется знать, как они работают, необходимо знать лишь его входы и выходы, а также его назначение (т. е. функцию, которую он выполняет). В окружающем нас мире черные ящики встречаются в большом количестве: магнитофон и телевизор на бытовом уровне, предприятие с позиций клиента и т. п. Проиллюстрируем преимущества систем, составленных из них, на примере музыкального центра.

• Конструирование системы черных ящиков существенно упрощается. Намного легче разработать магнитофон или проигрыватель, если не беспокоиться о создании встроенного усилительного блока.

• Облегчается тестирование таких систем. Если появляется плохой звук одной из колонок, можно поменять колонки местами. Если неисправность переместилась с колонкой, то именно она подлежит ремонту; если нет, тогда проблема в усилителе, магнитофоне или местах их соединения.

• Имеется возможность простого реконфигурирования системы черных ящиков. Если колонка неисправна, то можно отдать ее в ремонтную мастерскую и продолжать слушать записи в монорежиме.

•Облегчается доступность для понимания и освоения. Можно стать специалистом по магнитофонам без углубленных знаний о колонках.

• Повышается удобство при модификации. Можно приобрести колонки более высокого качества и более мощный усилитель, но это совсем не означает, что необходим проигрыватель больших размеров.

Таким образом, первым шагом упрощения сложной системы является ее разбиение на черные ящики (принцип «разделяй и властвуй» — принцип решения трудных проблем путем разбиения их на множество независимых задач, легких для понимания и решения), при этом такое разбиение должно удовлетворять следующим критериям:

• каждый черный ящик должен реализовывать единственную функцию системы;

•функция каждого черного ящика должна быть легко понимаема независимо от сложности ее реализации (например, в системе управления ракетой может быть черный ящик для расчета места ее приземления: несмотря на сложность алгоритма, функция черного ящика очевидна — расчет точки приземления);

•связь между черными ящиками должна вводиться только при наличии связи между соответствующими функциями системы (например, в бухгалтерии один черный ящик необходим для расчета общей заработной платы служащего, а другой — для расчета налогов необходима связь между этими черными ящиками: размер заработанной платы требуется для расчета налогов);

• связи между черными ящиками должны быть простыми, насколько это возможно, для обеспечения независимости между ними.

Второй важной идеей, лежащей в основе структурных методов,' является идея иерархии. Для понимаемости сложной системы недостаточно разбиения ее на части, необходимо эти части организовать определенным образом, а именно в виде иерархических структур. Все сложные системы Вселенной организованы в иерархии. Да и сама она включает галактики, звездные системы, планеты, молекулы, атомы, элементарные частицы. Человек при создании сложных систем также подражает природе. Любая организация имеет директора, заместителей по направлениям, иерархию руководителей подразделений, рядовых служащих. Таким образом, второй принцип структурного анализа (принцип иерархического упорядочения) в дополнение к тому, что легче понимать проблему, если она разбита на части, декларирует, что устройство этих частей также существенно для понимания. Понимаемость проблемы резко повышается при организации ее частей в древовидные иерархические структуры, т. е. система может быть понята и построена по уровням, каждый из которых добавляет новые детали.

Наконец, третий принцип: структурные методы широко используют графические нотации, также служащие для облегчения понимания сложных систем. Известно, что «одна картинка стоит тысячи слов».

Соблюдение указанных принципов необходимо при организации работ на начальных этапах ЖЦ независимо от типа разрабатываемой системы и используемых при этом методологий. Руководство всеми принципами в комплексе позволяет на более ранних стадиях разработки понять, что будет представлять собой создаваемая система, обнаружить промахи и недоработки, что, в свою очередь, облегчит работы на последующих этапах ЖЦ и понизит стоимость разработки.

Для целей структурного анализа традиционно используются три группы средств, иллюстрирующих:

• функции, которые система должна выполнять,

• отношения между данными,

•зависящее от времени поведение системы (аспекты реальноговремени).

Среди многообразия графических нотаций, используемых для решения перечисленных задач, в методологиях структурного анализа наиболее часто и эффективно применяются следующие:

^ DFD (Data Flow Diagrams) — диаграммы потоков данных совместно со словарями данных и спецификациями процессов (мини-спецификациями);

ERD (Entity-Relationship Diagrams) — диаграммы «сущность-связь»;

STD (State Transition Diagrams) — диаграммы переходов состояний.

Все они содержат графические и текстовые средства моделирования: первые — для удобства отображения основных компонент модели, вторые — для обеспечения точного определения ее компонент и связей.

Классическая DFD показывает внешние по отношению к системе источники и стоки (адресаты) данных, идентифицирует логические функции (процессы) и группы элементов данных, связывающие одну функцию с другой (потоки), а также идентифицирует хранилища (накопители) данных, к которым осуществляется доступ. Структуры потоков данных и определения их компонент хранятся и анализируются в словаре данных. Каждая логическая функция (процесс) может быть детализирована с помощью DFD нижнего уровня; когда дальнейшая детализация перестает быть полезной, переходят к выражению логики функции при помощи спецификации процесса (мини-спецификации). Содержимое каждого хранилища также сохраняют в словаре данных, модель данных хранилища раскрывается с помощью ERD. В случае наличия реального времени DFD дополняется средствами описания зависящего от времени поведения системы, раскрывающимися с помощью STD. Эти взаимосвязи показаны на рис. 20.

Необходимо отметить, что для функционального моделирования наряду с DFD достаточно часто применяется и другая нотация — SADT (точнее, ее стандартизованное подмножество IDEFO). Сравнительный анализ этих двух подходов к моделированию функций системы будет приведен ниже.

Таким образом, перечисленные выше средства позволяют сделать полное описание системы независимо от того, является ли она существующей или разрабатываемой с нуля. Такое подробное описание того, что должна делать система, освобожденное насколько это возможно от рассмотрения путей реализации, получило название спецификации требований, дающей проектировщику, реализующему следующий этап ЖЦ, четкое представление о конечных результатах, которые должны быть достигнуты.

Перечисленные выше графические нотации используются (в том или ином наборе) практически во всех современных методологиях структурного системного анализа. Роль этих методологий заключается в регламентации основ разработки сложных систем. Они описывают последовательность шагов, модели и

Рис. 20

подходы, тщательное следование которым приведет к хорошо работающим системам. Хотя методологии, вообще говоря, не гарантируют качества построенных систем, тем не менее они помогают охватить и учесть все важные этапы, шаги и моменты разработки, помогают справиться с проблемами размерности и, в конечном итоге, оценить продвижение вперед. Более того, методологии обеспечивают организационную поддержку, позволяющую большим коллективам разработчиков функционировать скоординированным образом.

Другими словами, методология структурного анализа определяет руководящие указания для построения и оценки модели требований разрабатываемой системы, шаги работы, которые должны быть выполнены, их последовательность, а также правила распределения и назначения применяемых при этом операций и методов.

В настоящее время успешно используются практически все известные методологии структурного анализа, однако наибольшее распространение получили методологии SADT (Structured Analysis and Design Technique), структурного системного анализа Гейна—Сарсона (Gane—Sarson), структурного анализа и проектирования Йодана—Де Марко (Yourdon—DeMarko), развития систем Джексона (Jackson), развития структурных систем Варнье—Орра (Warmer— Orr), анализа и проектирования систем реального времени Уорда— Меллора (Ward—Mellor) и Хатли (Hatley), информационного моделирования Мартина (Martin).

Перечисленные структурные методологии жестко регламентируют фазы анализа требований и проектирования спецификаций и отражают подход к системной разработке с позиций рецептов «кулинарной книги». Спецификации требований включают особенности целевой системы и ее прогнозируемые характеристики, проекты пользовательских интерфейсов (меню, экраны и формы), критерии работоспособности системы, программное и аппаратное окружение. Полученный документ спецификации требований в дальнейшем преобразуется в проектные спецификации, детализирующие предполагаемую реализацию ПЧ. Проектные спецификации идентифицируют главные модули, маршруты связи поданным и управлению между модулями, основные подпрограммы внутри каждого модуля, структуры данных, спецификации форматов входных и выходных файлов. Для ключевых процессов проектные спецификации часто включают детали алгоритмов на языке проектирования мини-спецификаций. В дальнейшем структурные методологии предлагают методику трансляции проектных спецификаций в программные коды. Кодогенерация предполагает наличие кодовых стандартов, специфицирующих формат заголовков подпрограмм, ступенчатый вид вложенных блоков, номенклатуру для спецификации переменных и имен подпрограмм и т. п.

Современные структурные методологии классифицируются по трем следующим признакам:

• по отношению к школам — Software Engineering (SE) и Information Engineering (IE);

• по порядку построения модели — процедурно-ориентированные и информационно-ориентированные;

• по типу целевых систем — для систем реального времени (СРВ) и информационных систем (ИС).

SE является универсальной дисциплиной разработки программных систем всех типов (ИС, СРВ). IE является дисциплиной построения ИС вообще, а не только их программной компоненты и включает этапы более высокого уровня (например, стратегическое планирование), однако на этапе анализа требований к программной части эти дисциплины аналогичны.

Традиционный процедурно-ориентированный подход регламентирует первичность проектирования функциональных компонент по отношению к проектированию структур данных: требования к данным раскрываются через функциональные требования. При информационно-ориентированном подходе вход и выход являются наиболее важными — структуры данных определяются первыми, а процедурные компоненты являются производными отданных.

Основная особенность систем реального времени заключается в том, что они контролируют и контролируются внешними событиями; реагирование на эти события во времени — главная и первоочередная функция таких систем. Принципиальные отличия информационных систем от систем реального времени приведены в табл. 2;

Таблица 2

^ Информационные системы	Системы реального времени
Управляемы данными	Управляемы событиями
Сложные структуры данных	Простые структуры данных
Большой объем входных данных	Малое количество входных данных
Интенсивный ввод/вывод	Интенсивные вычисления
Машинная независимость	Машинная зависимость

Средствами поддержки этих особенностей и различаются соответствующие структурные методологии. Необходимо отметить, что для целей анализа требований к системам реального времени используются специальные типы структурных диаграмм: диаграммы потоков управления, диаграммы переходов состояний, матрицы состояний/ событий, таблицы решений и др. Однако многие из них являются вариациями структурных диаграмм для анализа требований к информационным системам. Более того, известные методологии анализа и проектирования СРВ (в частности, методологии Хатли и Уор-да—Меллора) базируются на перечисленных методологиях анализа и проектирования ИС, расширяя их соответствующими диаграммными техниками.

В табл. 3 приведена классификация наиболее часто используемых методологий в соответствии с вышеперечисленными признаками (данные по частоте использования получены на основе анализа информации по 127 CASE-пакетам).

Как уже отмечалось, наиболее существенное различие между разновидностями структурного анализа заключается в методах и средствах функционального моделирования. С этой точки зрения все разновидности структурного системного анализа могут быть разбиты на две группы: применяющие методы и технологию DFD (в различных нотациях) и использующие SADT-методологию. По материалам наиболее авторитетной в рассматриваемой области исследовательской компании CASE Consulting Group соотношение применения этих двух разновидностей структурного анализа на практике составляет 90% для DFD и 10% для SADT.
Таблица 3

Методологии	Частота использования	Школа	Порядок построения	Тип целевых систем
Йодан— Де Марко	36.5%	SE	процедурно-ориентированная	ИС. СРВ
Гейн— Сарсон	20.2%	SE	процедурно-ориентированная	ИС. СРВ
Константайн	10.6%	SE	процедурно-ориентированная	ИС. СРВ
Джексон	7,7%	SE	информационно-ориентированная	ИС. СРВ
Варнье—Орр	5.8%	SE	информационно-ориентированная	ИС
Мартин	22.1%	IE	информационно-ориентированная	ИС
SADT	3.3%	IE	процедурно-ориентированная	ИС

Предваряя сравнительный анализ DFD- и SADT-подходов, в качестве примера рассмотрим верхний уровень модели требований к системе автоматизации управления компанией, занимающейся распределением товаров по заказам (рис. 21 и рис. 22 соответственно). Заказы подвергаются входному контролю и сортировке. Если заказ не отвечает номенклатуре товаров или оформлен неправильно, то он аннулируется с соответствующим уведомлением заказчика. Если заказ не аннулирован, то определяется, имеется ли на складе соответствующий товар. В случае положительного ответа выписывается счет к оплате и предъявляется заказчику, при поступлении платежа товар отправляется заказчику. Если заказ не обеспечен складскими запасами, то отправляется заявка на товар производителю. После поступления требуемого товара на склад компании заказ становится обеспеченным и повторяет вышеописанный маршрут.

Рис. 21

Сравнительный анализ этих двух разновидностей методологий проводится по следующим параметрам:

•адекватность средств рассматриваемой проблеме;

• согласованность с другими средствами структурного анализа;

• интеграция с последующими этапами разработки (и прежде всего с этапом проектирования).

1) Адекватность. Выбор той или иной структурной методологии напрямую зависит от предметной области, для которой создается модель. В нашем случае методологии применяются к автоматизированным системам управления предприятием, а не к системам вообще, как это предполагается в SADT. Для рассматриваемых задач DFD вне конкуренции.

Во-первых, SADT-диаграммы значительно менее выразительны и удобны для моделирования АСУП (сравните рис. 21 и рис. 22). Так, дуги в SADT жестко типизированы (вход, выход, управление, механизм). В то же время применительно к АСУП стирается смысловое различие между входами и выходами, с одной стороны, и управлениями и механизмами, с другой: входы, выходы, механизмы и управления являются потоками данных и/или управления и правилами их трансформации. Анализ системы при помощи потоков данных и процессов, их преобразующих, является более прозрачным и недвусмысленным.

Рис. 22

ких систем (например, хранилища данных являются прообразами файлов или баз данных, внешние сущности отражают взаимодействие моделируемой системы с внешним миром).

Во-вторых, в SADT вообще отсутствуют выразительные средства для моделирования особенностей АСУП. DFD с самого начала создавались как средство проектирования информационных систем, являющихся ядром АСУП, и имеют более богатый набор элементов, адекватно отражающих специфику та третьих, наличие мини-спецификаций DFD-процессов нижнего уровня позволяет преодолеть логическую незавершенность SADT (а именно обрыв модели на некотором достаточно низком уровне, когда дальнейшая ее детализация становится бессмысленной) и построить полную функциональную спецификацию разрабатываемой системы.

2) Согласованность. Главным достоинством любых моделей является возможность их интеграции с моделями других типов. В данном случае речь идет о согласованности функциональных моделей со средствами информационного и событийного (временного) моделирования. Согласование SADT-модели с ERD и/или STD практически невозможно или носит тривиальный характер. В свою очередь, DFD, ERD и STD взаимно дополняют друг друга и по сути являются согласованными представлениями различных аспектов одной и той же модели (см. рис. 20 ). В табл. 4 отражена возможность такой интеграции для DFD- и SADT-моделей.

Таблица 4

Название	ERD	STD	^ Структурные карты
DFD	+	+	+
SADT	+	-	-

Отметим, что интеграция DFD-STD осуществляется за счет расширения классической DFD специальными средствами проектирования систем реального времени (управляющими процессами, потоками, хранилищами данных), и STD является детализацией управляющего процесса, согласованной по управляющим потокам и хранилищам. Интеграция DFD-ERD осуществляется с использованием отсутствующего в SADT объекта — хранилища данных, структура которого описывается с помощью ERD и согласуется по соответствующим потокам и другим хранилищам на DFD.

3) ^ Интеграция с последующими этапами. Важная характеристика методологии — ее совместимость с последующими этапами применения результатов анализа (и прежде всего с этапом проектирования, непосредственно следующим за анализом и опирающимся на его результаты). DFD могут быть легко преобразованы в модели проектирования (структурные карты) — это близкие модели. Более того, известен ряд алгоритмов автоматического преобразования иерархии DFD в структурные карты различных видов, что обеспечивает логичный и безболезненный переход от этапа анализа требований к проектированию системы. С другой стороны, неизвестны формальные методы преобразования SADT-диаграмм в проектные решения АСУП.

Тем не менее необходимо отметить, что рассмотренные разновидности структурного анализа по сути — два приблизительно одинаковых по мощности языка для передачи понимания. И одним из основных критериев выбора является следующий: насколько хорошо каждым из этих языков владеет консультант или аналитик, насколько грамотно он может на этом языке выражать свои мысли.

ЛЕКЦИЯ 11

^ Объектно-ориентированные методы анализа
Важное место в разработках АСУП занимают объектно-ориентированные методологии, основанные на объектной декомпозиции предметной области, представляемой в виде совокупности объектов, взаимодействующих между собой посредством передачи сообщений. Данный подход не является противопоставлением структурному подходу, более того, фрагменты методологий структурного анализа (а именно его базовые модели: DFD, ERD и STD) используются при объектно-ориентированном анализе для моделирования структуры и поведения самих объектов.

В качестве объектов предметной области могут рассматриваться конкретные предметы, а также абстрактные или реальные сущности (например, клиент, заказ, предприятие и т. п.). Каждый объект характеризуется своим состоянием (точнее, набором атрибутов, значения которых определяют состояние), а также набором операций для проверки и изменения этого состояния. Каждый объект является представителем некоторого класса однотипных объектов, определяющего их общие свойства. Все представители (экземпляры) одного и того же класса имеют один и тот же набор операций и могут реагировать на одни и те же сообщения.

Объекты и классы организуются с использованием следующих принципов:

1. Принцип инкапсуляции (упрятывания информации) декларирует запрещение любого доступа к атрибутам объекта, кроме как через его операции. В соответствии с этим внутренняя структура объекта скрыта от пользователя, а любое его действие инициируется внешним сообщением, вызывающим выполнение соответствующей операции.

2. Принцип наследования декларирует создание новых классов от общего к частному. Такие новые классы сохраняют все свойства классов-родителей и при этом содержат дополнительные атрибуты и операции, характеризующие их специфику.

3. Принцип полиморфизма декларирует возможность работы с объектом без информации о конкретном классе, экземпляром которого он является. Каждый объект может выбирать операцию на основании типов данных, принимаемых в сообщении, т. е. реагировать индивидуально на это (одно и то же для различных объектов) сообщение.

Таким образом, объектно-ориентированный подход заключается в представлении моделируемой системы в виде совокупности классов и объектов предметной области. При этом иерархический характер сложной системы отражается с использованием иерархии классов, а ее функционирование рассматривается как взаимодействие объектов. Жизненный цикл такого подхода содержит этапы анализа требований, проектирования, эволюции (объединяющей программирование, тестирование и отладку, а также комплекса-цию системы) и модификации. При этом в отличие от каскадной модели отсутствует строгая последовательность выполнения перечисленных этапов.

Известные объектно-ориентированные методологии базируются на интегрированных моделях трех типов:

• объектной модели, отражающей иерархию классов, связанных общностью структуры и поведения и отражающих специфику атрибутов и операций каждого из них (при этом одной из базовых нотаций объектной модели является диалект ERD);

•динамической модели, отражающей временные аспекты и последовательность операций (при этом достаточно часто используется STD);

•функциональной модели, описывающей потоки данных (с использованием DFD).

В табл. 5 приведены оценки объемов продаж объектно-ориентированных методологий поданным International Data Corp. на 1995 г.

Главными недостатками перечисленных объектно-ориентированных методологий являются следующие:

• отсутствие стандартизации в рассматриваемой области программотехники (конкретно, для представления объектов и взаимосвязей между ними);

• отсутствие метода, одинаково хорошо реализующего этапы анализа требований и проектирования (большинство методов предназначено для объектно-ориентированного анализа, некоторые содержат слабо развитые средства проектирования, метод Booch ориентирован на проектирование). Для преодоления этих недостатков авторы известных методологий Буч (Booch), Рамбо (Rumbaugh) и Якобсон (Jacobson) объеди-

Таблица 5

^ Название методологии	Объем продаж, %
Rumbaugh (OMT)	40
ShIaer—Mellor	16
Booch	11
Martin— Odell	11
другие	22

нились с целью выработки унифицированной методологии, получившей название UML (Unified Modeling Language). При создании UML его авторы руководствовались целями ускорения эволюции наиболее популярных методологий в направлении сближения их друг с другом, обобщения накопленного опыта их использования, обеспечения стабильности проектов на основе единого целостного метода.

В UML используются следующие ключевые диаграммы:

•диаграмма классов, демонстрирующая статическую структуру системы, ее содержимое — классы, объекты и отношения между ними;

• диаграмма прецедентов, моделирующая набор действующих субъектов (акторов) и прецедентов использования, с помощью которых они взаимодействуют;

• диаграмма взаимодействий, обеспечивающая возможность моделирования условий в диаграммах последовательности и коллективного взаимодействия, которые представляют объекты и межобъектные взаимодействия в измерениях времени и отношений, соответственно;

•диаграмма состояний, моделирующая изменения (переходы) состояний вследствие взаимодействия конкретного объекта с другими объектами (т. е. в отличие от диаграммы взаимодействий описывает состояния только одного класса или объекта);

•диаграмма компонентов, описывающая модули системы, в которых определены классы;

•диаграмма применения (развертывания), моделирующая схему расположения процессоров и устройств, задействованных в реализации системы, а также маршрутов передачи информации между ними.

При этом первые четыре диаграммы являются логическими представлениями разрабатываемой системы, а последние две — отражают ее физическое представление.
^

Разработка технического задания

После построения модели, содержащей требования к будущей системе, на ее основе осуществляется разработка Технического задания на создание системы, включающего в себя:

•требования к автоматизированным рабочим местам, их составу и структуре, а также способам и схе мам информационного взаимодействия между ними;

• разработку требований к техническим средствам;

• разработку требований к программным средствам;

• разработку топологии, состава и структуры локальной вычислительной сети;

•требования к этапам и срокам выполнения работ.

Рассмотрим основные виды работ, которые необходимо выполнить, прежде чем приступить к проектированию (созданию проекта на разработку или адаптацию).

1) Обозначение границ реализации. Практически любая система может быть разбита на части, отражающие четыре основных типа реализации систем: ручную, пакетную, диалоговую, реального времени. Из этих четырех типов первый реализуется людьми, остальные три являются автоматическими реализациями системы. Рассмотрим критерии, с помощью которых устанавливаются наиболее приемлемые типы реализации требований для частей модели.

Ручная реализация имеет три основных преимущества перед автоматической. Во-первых, не требуется заранее точно определять процессы. По крайней мере, они могут определяться не так тщательно, как при автоматической реализации: люди хорошо знают как заполнить пробелы в спецификации. Во-вторых, ручная система может откликаться на неожидаемые запросы, а не только на заранее планируемые. Например, ручная система бронирования авиабилетов может ответить на запрос о возможности парковки автомобиля около аэропорта. В-третьих, система может быть реализована в окружении, где автоматизация невозможна по ряду причин, например психологических: хотя процесс предоставления ссуды и возможно полностью автоматизировать, люди не могут примириться с тем, что их прошения беспристрастно отклонены машиной. Безусловно, ручные системы имеют и массу недостатков. В отличие от машин люди болеют, увольняются, требуют повышения зарплаты. Однако наиболее важно, что размер и сложность ручной системы будут возрастать с увеличением числа запросов, поскольку человек может обрабатывать меньше данных, чем машина.

После определения границ ручной реализации необходимо решить, какая часть системы должна быть пакетной, а какая диалоговой. Для большинства современных предприятий вся АСУП должна быть диалоговой, если только не доказано противное. Соответствующее заключение может быть сделано на основе собранных статистических данных, например скорости поступления запросов и частоты изменения данных. В качестве примеров причин для пакетной реализации можно привести следующие:

• некоторые запросы требуют длительной работы со срезом базы данных за определенный период (годовой отчет, пересылка накопленной информации и т. п.);

• некоторые отклики (например, отчеты о продажах) содержат большое количество статичных данных, актуальность которых не изменяется в течение дней или даже недель.

Следующий шаг — выделение частей, реализуемых как подсистемы реального времени. Существует два принципиальных отличия системы реального времени от просто диалоговой системы. Первое из них связано с концептуальным уровнем: в системе реального времени время поступления события в систему само по себе несет определенную информацию, которая не может быть закодирована. Второе связано с уровнем реализации: время отклика системы реального времени является критичным и сопоставимым со скоростью выполнения технологических операций. В целом рекомендуется реализовать как подсистемы реального времени те части АСУП, из которых должен быть исключен человек, т. е. те части, в которых приоритетны следующие факторы: скорость (например, противоракетная оборона), опасность (контроль радиоактивности), утомляемость (работа авиадиспетчера).

2) ^ Выбор подходящих технических средств. Разработав модель требований и определив границы реализации, можно начинать выбор аппаратной платформы, на которой будет функционировать система (или, по крайней мере, сужать область для такого выбора). Вопросы такого выбора не являются предметом данной книги и поэтому здесь не рассматриваются.

Проектирование

Этап проектирования дает ответ на вопрос: «Как (каким образом) система будет удовлетворять предъявленным к ней требованиям?». Задачей этого этапа является исследование структуры системы и логических взаимосвязей ее элементов, причем здесь не рассматриваются вопросы, связанные с реализацией на конкретной платформе. Проектирование определяется как «(итерационный) процесс получения логической модели системы вместе со строго сформулированными целями, поставленными перед нею, а также написания спецификаций физической системы, удовлетворяющей этим требованиям». Обычно этот этап разделяют на два подэтапа:

• проектирование архитектуры системы, включающее разработку структуры и интерфейсов компонент, согласование функций и технических требований к компонентам, методам и стандартам проектирования;

•детальное проектирование, включающее разработку спецификаций каждой компоненты, интерфейсов между компонентами, разработку требований к тестам и плана интеграции компонент.

Другими словами, проектирование является этапом ЖЦ, на котором вырабатывается, как реализуются требования к АСУП, порожденные и зафиксированные на этапе анализа. В результате этапа должна быть построена модель реализации, демонстрирующая, как система будет удовлетворять предъявленным к ней требованиям (без технических подробностей). Фактически модель реализации является развитием и уточнением модели требований, а само проектирование является мостом между анализом и реализацией.
^ Структурное проектирование

Базовыми строительными блоками АСУП при использовании структурного подхода являются модули. Все виды модулей в любом языке программирования имеют ряд общих свойств, из которых существенны при структурном проектировании перечисленные ниже:

1) Модуль состоит из множества операторов языка программирования, записанных последовательно.

2) Модуль имеет имя, по которому к нему можно ссылаться как к единому фрагменту.

3) Модуль может принимать и/или передавать данные как параметры в вызывающей последовательности или связывать данные через фиксированные ячейки или общие области. При структурном проектировании выполняется два вида работ:

• проектирование архитектуры АСУП, включающее разработку структуры и интерфейсов ее компонент (автоматизированных рабочих мест), согласование функций и технических требований к компонентам, определение информационных потоков между основными компонентами, связей между ними и внешними объектами;

• детальное проектирование, включающее разработку спецификаций каждой компоненты, разработку требований к тестам и плана интеграции компонент, а также построение моделей иерархии программных модулей и межмодульных взаимодействий и проектирование внутренней структуры модулей.

При этом происходит расширение модели требований:

•за счет уточнения содержащихся в ней функциональных, информационных и, возможно, событийных моделей требований, построенных с помощью соответствующих средств структурного анализа;

•за счет построения моделей автоматизированных рабочих мест, включающих подсхемы информационной модели и функциональные модели, ориентированные на эти подсхемы вплоть до идентификации конкретных сущностей информационной модели;

• за счет построения моделей межмодульных и внутримодульных взаимодействий с использованием техники структурных карт.

В структурном подходе для целей проектирования модулей используются техники структурных карт (схем), демонстрирующие, каким образом системные требования будут отражаться комбинацией программных структур. При этом наиболее часто применяются две техники: структурные карты Константайна (Constantine), предназначенные для описания отношений между модулями, и структурные карты Джексона (Jackson), предназначенные для описания внутренней структуры модулей.

Структурные карты Константайна являются моделью отношений иерархии между программными модулями. Узлы структурных карт соответствуют модулям и областям данных, потоки изображают межмодульные вызовы (в том числе циклические, условные и параллельные). Межмодульные связи поданным и управлению также моделируются специальными узлами, привязанными к потокам, стрелками указываются направления потоков и связей. Фундаментальные элементы структурных карт Константайна стандартизованы IBM, ISO и ANSI.

Техника структурных карт Джексона восходит к методологии структурного программирования Джексона и заключается в продуцировании диаграмм и схем для графического иллюстрирования внутримодульных (а иногда и межмодульных) связей и документирования проекта архитектуры АСУП. При этом структурные карты Джексона позволяют осуществлять проектирование нижнего уровня АСУП и на этом этапе близки к традиционным блок-схемам, моделирующим последовательное, параллельное, условное и итерационное исполнение их узлов.

Структурные карты сами по себе ничего не говорят о качестве модели реализации, так как являются всего лишь инструментом моделирования структуры системы и взаимосвязей ее компонент, однако существуют критерии, позволяющие оценить это качество.

Один из фундаментальных принципов структурного проектирования заключается в том, что большая система должна быть расчленена на обозримые модули. Это расчленение должно быть выполнено таким образом, чтобы модули были как можно более независимы (критерий сцепления — coupling), и чтобы каждый модуль выполнял единственную (связанную с общей задачей) функцию (критерий связности — cohesion).

Таким образом, одним из способов оценки качества модели реализации является анализ сцепления модулей. Сцепление — это мера взаимозависимости модулей. В хорошем проекте сцепления должны быть минимизированы, т. е. модули должны быть слабозависимыми (независимыми) настолько, насколько это возможно. Слабое сцепление между модулями служит признаком хорошо спроектированной системы по следующим причинам:

•уменьшается количество соединений между двумя модулями, что приводит к уменьшению вероятности появления «волнового эффекта» (ошибка в одном модуле влияет на работу других модулей);

• минимизируется риск появления «эффекта ряби» (внесение изменений, например при исправлении ошибки, приводит к появлению новых ошибок), так как изменение влияет на минимальное количество модулей;

• при сопровождении модуля отпадает необходимость беспокоиться о внутренних деталях других модулей;

•система упрощается для понимания настолько, насколько это возможно.

На практике существуют три основных типа сцепления, используемых системными проектировщиками для связи модулей: нормальное сцепление, сцепление по общей области и сцепление по содержимому. С позиций структурного проектирования эти типы являются соответственно приемлемым, неприемлемым и запрещенным.

Два модуля А и В нормально сцеплены, если: А вызывает В;

В возвращает управление А; вся информация, передаваемая между А и В, представляется значениями параметров при вызове.

Нормальное сцепление в свою очередь делится на три типа: сцепление поданным, сцепление по образцу, сцепление по управлению. На практике наиболее часто используется сцепление по данным.

^ Два модуля сцеплены поданным, если они взаимодействуют через передачу параметров и при этом каждый параметр является элементарным информационным объектом. Отметим, что в случае небольшого количества передаваемых параметров сцепление по данным обладает наилучшими характеристиками.

^ Два модуля сцеплены по образцу, если один посылает другому составной информационный объект, т. е. объект, имеющий внутреннюю структуру. Примером составного объекта может быть объект Данные о клиенте, включающий в себя поля: Название организации, Почтовый адрес, Номер счета и т. п.

^ Два модуля сцеплены по управлению, если один посылает другому информационный объект — флаг, предназначенный для управления его внутренней логикой. Существует два типа флагов — описательный и управляющий. Описательный флаг обычно описывает ситуацию, которая произошла, и именуется с использованием существительных и прилагательных: Конец файла, Введенная кредитная карта. Управляющий флаг используется для декларирования определенных действий в вызываемом модуле и именуется с использованием глаголов: Читать следующую запись, Установить в начало. В общем случае управляющие флаги усиливают сцепление и, следовательно, ухудшают качество проекта.

Как уже отмечалось, перечисленные три типа нормального сцепления в разной степени поддерживают суть модульности и являются приемлемыми в структурном проектировании. Ниже определяются два вида сцепления, которые выходят за пределы хорошей модульности.

^ Два модуля сцеплены по общей области, если они ссылаются к одной и той же области глобальных данных. Сцепление по общей области является плохим по следующим причинам. Во-первых, ошибка в одном модуле, использующем глобальную область, может неожиданно проявить себя в любом другом модуле, также использующем эту глобальную область, поскольку эти глобальные данные не находятся «под защитой» модуля. Во-вторых, модули, ссылающиеся к глобальным данным, обычно используют точные имена (в отличие от модулей, которые вызываются с использованием параметров). Следовательно, гибкость модулей, сцепленных глобально, намного хуже, чем гибкость нормально сцепленных модулей. В-третьих, программы с большим количеством глобальных данных чрезвычайно трудны для понимания сопровождающим программистом, поскольку сложно определить, какие данные используются отдельным модулем.

^ Два модуля сцеплены по содержимому, если один ссылается внутрь другого любым способом, например, если один модуль передает управление или выполняет переход в другой модуль, если один модуль ссылается или изменяет значения информационных объектов в другом модуле или если один модуль изменяет код другого модуля. Такое сцепление делает абсурдной концепцию модулей как черных ящиков, поскольку оно вынуждает один модуль знать о точном содержании и реализации другого модуля. Вообще говоря, только ассемблер позволяет проектировщикам применять данный вид сцепления.

В табл. 6 приведены сравнительные характеристики по каждому типу сцепления.

Другим критерием оценки качества разбиения системы на части является критерий связности, который контролирует, как действия в одном модуле связаны друг с другом. Фактически сцепление и связность являются двумя взаимозависимыми способами измерения расчленения системы на части: связность модуля часто определяет качество его сцепления с другими модулями.

Связность — это мера прочности соединения функциональных и информационных объектов внутри одного модуля. Размещение сильносвязанных объектов в одном и том же модуле уменьшает межмо-

Таблица б

^ Тип сцепления	Устойчивость к волновому эффекту	Модифицируемость	Понятность	Используемость в других системах
По данным	*	хорошая	хорошая	хорошая
По образцу	*	средняя	средняя	средняя
По управлению	средняя	плохая	плохая	плохая
По общей области	плохая	средняя	плохая	плохая
По содержимому	плохая	плохая	плохая	плохая

* — зависит от количества параметров интерфейса

дульные взаимосвязи и взаимовлияния. Выделяются следующие связности: функциональная, последовательная, информационная, процедурная, временная, логическая и случайная.

^ Функционально связный модуль содержит объекты, предназначенные для выполнения одной и только одной задачи, например: Расчет заработной платы. Считывание данных кредитной карты. Каждый из таких модулей имеет одну четко определенную цель, при его вызове выполняется только одна задача (при этом она выполняется полностью без исполнения любого другого дополнительного действия).

^ Последовательно связный модуль содержит объекты, охватывающие подзадачи, для которых выходные данные предыдущей подзадачи служат входными данными для последующей, например: Открыть файл— Прочитать запись— Закрыть файл.

^ Информационно связный модуль содержит объекты, использующие одни и те же входные или выходные данные. Предположим, что мы хотим выяснить некоторые сведения о книге, зная ее ISBN:

название книги, автора и цену. Эти три подзадачи являются связанными потому, что все они работают с одним и тем же входным информационным объектом — ISBN, который и делает этот модуль информационно связным.

^ Процедурно связный модуль содержит объекты, которые включены в различные (возможно, несвязные) подзадачи, в которых управление переходит от каждой подзадачи к последующей (отметим, что в последовательно связном модуле данные, а не управление, переходили от одной подзадачи к последующей).

^ Временно связный модуль содержит объекты, которые включены в подзадачи, связанные временем исполнения.

Логически связный модуль содержит объекты, содействующие решению одной общей подзадачи, для которой эти объекты отобраны во внешнем по отношению к модулю мире.

Таким образом, логически связный модуль содержит некоторое количество подзадач (действий) одного и того же общего вида. Чтобы его использовать, необходимо выбрать именно ту часть (части), которая требуется. Эти различные подзадачи должны обладать одним и только одним интерфейсом с внешним миром. При этом семантика каждого параметра зависит от используемой подзадачи.

^ Случайно связный модуль содержит объекты, соответствующие подзадачам, незначительно связанным друг с другом.

Случайно связный модуль подобен логически связному модулю, его объекты не связаны ни потоками данных, ни потоками управления. Однако подзадачи в логически связном модуле являются по крайней мере одной категории; для случайно связного модуля даже это неверно.

В табл. 7 приведены сравнительные характеристики для каждого уровня связности.

Следовательно, связность является мерой функциональной зависимости объектов (исполняемых операторов, областей данных и т.д.) внутри одного модуля. В хорошей модели связность каждого модуля является высокой (последовательность введенных выше определений уровней связности соответствует направлению от луч-

Таблица 7

СВЯЗНОСТИ	Сцепление	Модифицируемость	Понятность	Сопровож-даемость
функциональная	хорошее	хорошая	хорошая	хорошая
последовательная	хорошее	хорошая	близкая к хорошей	хорошая
информационная	среднее	средняя	средняя	средняя
процедурная	переменное	переменная	переменная	плохая
временная	плохое	средняя	средняя	плохая
логическая	плохое	плохая	плохая	плохая
случайная	плохое	плохая	плохая	плохая

шей связности к худшей). Как и сцепление, связность является одним из лучших критериев оценки качества проекта.

Очевидно, что для оценки качества проектируемой АСУП критериев сцепления и связности недостаточно. Например, если бы мы осуществляли оценку только по критерию сцепления, мы бы всегда получали системы, состоящие из одного модуля. Связность этого единственного модуля также была бы вполне приемлемой.

Поэтому кроме этих двух взаимно дополняющих друг друга критериев в структурном проектировании существует ряд других принципов, которые могут применяться для оценки и улучшения качества модели на основании структурных карт.

Рассмотрим основные принципы, позволяющие получать качественные системы.

1) ^ Принцип факторизации. Под факторизацией понимается выделение подзадачи, реализуемой некоторым модулем, в новый самостоятельный модуль. Это может быть сделано с целью:

• уменьшения размеров модуля;

• обеспечения возможности и преимущества классического проектирования сверху вниз, позволяющего строить систему более легкую для понимания и облегчающего модификацию системы;

• устранения дублирования подзадачи, выполняемой более чем одним модулем;

• отделения собственно вычислений от управления (вызовы и принятия решения);

• обеспечения более широкой пригодности модулей для использования их в различных частях системы;

• упрощения реализации.

2) ^ Принцип единства решения. Процесс любого решения состоит из двух частей: распознавания, какое действие выбрать, и исполнения этого действия. Поскольку эти две составляющие решения различны, информационные объекты, используемые при распознавании и исполнении, также могут существенно различаться и, следовательно, могут быть недоступны в одном модуле. Такая ситуация получила название расщепления решения. Сильное расщепление решения (хотя иногда расщепления не удается избежать) обычно является симптомом плохой организации модулей. Исполнительная часть решения должна располагаться как можно ближе к распознавательной части, чтобы распознанной информации не пришлось долго «блуждать» для того, чтобы быть обработанной.

3) ^ Обработка ошибок. Сообщения об ошибках целесообразно формировать и визуализировать в модуле, который ошибку обнаруживает (и, следовательно, «знает», что это за ошибка). Тексты сообщений рекомендуется хранить вместе, так как при таком походе:

• легче сохранять согласованность формулировок и форматов сообщений. Представьте себе состояние пользователя, когда он получает различные сообщения для одной и той же ошибки, когда она встречается в разных частях системы;

• появляется возможность хранить тексты сообщений в отдельном файле, а не внутри кода модуля;

• легче избежать дублирования сообщений;

• облегчается модификация сообщений (включая их перевод на другой язык).

4) ^ Принцип отсутствия памяти состояния. Когда вызванный модуль после выполнения своей функции возвращает управление вызвавшему его модулю, он «умирает», оставляя после себя лишь результат. При повторном вызове он делает свою работу так, будто он только что «родился». Модуль «не помнит», что происходило в его предыдущих жизнях. Однако существует тип модуля, который «знает» о своем прошлом благодаря так называемой памяти состояния. Память состояния — это информационный объект внутри модуля, который продолжает существовать неизменным между двумя вызовами модуля. Работа модуля с памятью состояния в общем случае непредсказуема, это означает, что хотя модуль вызывался с одинаковыми фактическими параметрами, исполняться он может по-разному, и результаты его работы при разных вызовах могут быть различными. Сопровождение такого модуля резко усложняется.

5) ^ Инициализация и завершение. Как правило, модули инициализации и завершения трудны для сопровождения из-за их плохой (временной) связности и сильного сцепления. Общая рекомендация по решению этой проблемы — инициализацию каждой функции желательно выполнять как можно позже, а действия по завершению каждой функции должны производиться как можно раньше. И конечно, необходимо проводить инициализацию и завершение как можно ближе к тому, что инициализируется или завершается.

6) ^ Компромисс между ограниченностью и обобщенностью. Ограниченный модуль обладает по крайней мере одной из следующих характеристик:

• выполняет излишне специфическую работу. Например, модуль, вычисляющий среднюю ежемесячную температуру для месяца продолжительностью в 30 дней, является ограниченным; на самом деле необходим модуль, который генерировал бы среднюю температуру для месяца любой продолжительности. Продолжительность месяца могла бы передаваться ему как параметр, а не быть жестко установленной внутри;

• имеет дело с ограниченными значениями данных, их типами и структурами (например, модуль, предполагающий, что человек может быть собственником только одного автомобиля);

• включает в себя условия о месте и способе его использования.

Противоположная крайность ограниченному модулю — сверхобобщенный модуль, обладающий по крайней мере одной из следующих характеристик:

• выполняет слишком завышенный объем работы, результаты которой не используются в большинстве ситуаций. Примером является модуль, формирующий расписание игр чемпионата по футболу как по григорианскому, так и по юлианскому ка-лендарю;

• имеет дело со слишком избыточными типами данных, их значениями и структурами. Например, использование числа типа REAL вместо INTEGER для того, чтобы следить за количеством болтов на складе, было бы чрезмерным обобщением;

• принимает в качестве параметров данные, которые никогда не изменятся. Так, модуль, которому передается количество дней в неделе, является определенно сверхобобщенным, а также до смешного нелепым.

7) ^ Минимизация избыточности, то есть устранение дублирования. Если любой факт, условие или реализационное решение явно проявляются в более чем одном модуле, то усилия по сопровождению, состоящие из нахождения всех случаев этого факта и их изменения, увеличиваются. Также возникает риск, что человек, сопровождающий такую систему, забудет изменить один из дублей.

8) ^ Нагрузка по входу и выходу. Под нагрузкой модуля по входу понимается количество непосредственных вызывающих его модулей. Соответственно, нагрузка модуля по выходу — это количество непосредственно подчиненных ему модулей. По уже упоминавшимся выше причинам нагрузка по выходу не должна превышать 6—7 модулей. Высокая нагрузка по входу требует от модуля хорошей связности.

В заключение отметим, что при использовании структурного подхода обеспечивается естественный переход от этапа анализа к этапу проектирования за счет комбинирования транзакционных и трансформационных алгоритмов преобразования модели функциональных требований (а именно иерархии диаграмм потоков данных) в структурные карты.

ЛЕКЦИЯ 12

^ Объектно-ориентированное проектирование

Если методы структурного проектирования имели целью упрощение системной разработки на основе алгоритмического подхода, то объектно-ориентированные методы решают аналогичную задачу, используя описания классов и объектов, т. е. выразительные средства объектно-ориентированного программирования. Буч (Booch) определил объектно-ориентированное проектирование как «методологию проектирования, соединяющую в себе процесс объектной декомпозиции и приемы представления как логической и физической, так и статической и динамической моделей проектируемой системы».

Основой для объектно-ориентированного проектирования резонно служат результаты объектно-ориентированного анализа. Тем не менее результат любого из методов структурного анализа также может быть использован в качестве входных данных для объектно-ориентированного проектирования: в этом случае производится интеграция диаграмм потоков данных с классами и объектами.

На этапе проектирования используются следующие диаграммные техники:

• наследуемые от этапа анализа требований и развиваемые на этапе проектирования диаграммы классов и диаграммы объектов, являющиеся основой статической логической модели;

• диаграммы модулей и диаграммы процессов, моделирующие конкретные программные и аппаратные компоненты и являющиеся частью статической физической модели;

• динамические модели: диаграммы переходов состояний, моделирующие временную последовательность внешних событий, влияющих на объекты конкретного класса, и временные системные диаграммы, моделирующие временной порядок сообщений и событий, касающихся межобъектных взаимодействий.

^ Реализация (программирование/адаптация)

На этапе реализации осуществляется создание системы как комплекса программно-аппаратных средств, начиная с проектирования и создания телекоммуникационной инфраструктуры и заканчивая разработкой и инсталляцией приложений. В настоящее время существует обширная литература, в которой достаточно подробно рассмотрены все эти процессы, включая современные методы генерации исполняемого кода прикладных систем. Поэтому в настоящей книге вопросы реализации не рассматриваются, исключая случай, когда процесс реализации заключается в адаптации имеющейся на рынке системы. Учитывая недостаточное количество литературы по данному вопросу на русском языке, процесс адаптации детально рассматривается ниже в разделе «Управление процессом внедрения и эксплуатации (Типовой план внедрения)».
^ Тестирование и отладка

Корректность АСУП является ее самым важным свойством и, несомненно, составляет главный предмет заботы разработчиков. В идеальном случае под корректностью АСУП понимается отсутствие в ней ошибок. Однако для большинства сложных программных продуктов достигнуть этого невозможно — «в каждой программе содержится по крайней мере одна ошибка». Поэтому под корректным обычно подразумевают программный продукт, работающий в соответствии с предъявленными к нему требованиями, другими словами, продукт, для которого пока еще не найдены такие условия, в которых он окажется неработоспособным.

Установление корректности является главной целью рассматриваемого этапа жизненного цикла. Следует отметить, что этап тестирования и отладки — один из наиболее трудоемких, утомительных и непредсказуемых этапов разработки АСУП. В среднем при разработке традиционными методами этот этап занимает от '/₃ до '/₂полного времени разработки. С другой стороны, тестирование и отладка представляют собой серьезную проблему: в некоторых случаях тестирование и отладка программы требуют в несколько раз больше времени, чем непосредственно программирование.

Тестирование представляет собой набор процедур и действий, предназначенных для демонстрации корректной работы АСУП в заданных режимах и внешних условиях. Цель тестирования — выявить наличие ошибок или убедительно продемонстрировать их отсутствие, что возможно лишь в отдельных тривиальных случаях. Важно различать тестирование и сопутствующее понятие «отладка». Отладка — это набор процедур и действий, начинающихся с выявления самого факта наличия ошибки и заканчивающихся установлением точного места, характера этой ошибки и способов ее устранения.

Различные аспекты тестирования многократно исследовались, однако полученные теоретические результаты носят почти исключительно негативный характер, что создает пессимистическую картину ценности получаемых при тестировании данных и в целом может быть суммировано в известном тезисе Дейкстры: «Тестирование программ может служить для доказательства наличия ошибок, но никогда не докажет их отсутствия!». Тем не менее нужно констатировать, что на практике результаты тестовых испытаний, не выявившие программных ошибок, интерпретируются как свидетельство корректности этой программы.

Важнейшим и наиболее часто применяемым на практике является метод детерминированного тестирования. При этом в качестве эталонов (тестов) используются конкретные исходные данные, состоящие из взаимосвязанных входных и результирующих величин и правильных последовательностей их обработки. В процессе тестирования при заданных исходных величинах необходимо установить соответствие результатов их обработки эталонным величинам. Для сложных систем требуется большое количество тестов и возникает проблема оценки их необходимого количества и использования методов их сокращения. Поэтому тестирование (как и любой другой вид деятельности) целесообразно планировать. План тестирования должен содержать:

• формулировку целей тестирования;

• критерии качества тестирования, позволяющие оценить его результаты;

• стратегию проведения тестирования, обеспечивающую достижение заданных критериев качества;

• потребности в ресурсах для достижения заданного критерия качества при выбранной стратегии.

Для целей тестирования программные элементы АСУП удобно представлять в виде ориентированного графа G = (N, Е),

где N = (N₁, N₂, ..., N_m) — множество узлов (вершин), соответствующих выполняемым операторам тестируемой программы;

Е= (Е₁, Е₂, ..., Е_п) — множество ребер (дуг), соответствующих передачам управления между операторами.

Путем (маршрутом) называется последовательность вершин и дуг Р= (N₁, E_1,2, N₂, E_2,3, ..., E_k_-1,_k, N_k), где каждая дуга E_i_,_i₊_l выходит из N_t и входит в N_i₊_l, причем N₁ не обязательно начальный узел. Ветвью называется путь Р, в котором N₁ — либо начальный узел, либо узел ветвления, N_k — либо узел ветвления, либо завершающий узел, все остальные N₁ не являются узлами ветвления.

Очевидно, что полное тестирование всех возможных маршрутов не реально в связи с огромными затратами труда и времени. Поэтому на практике применяются критерии выбора тестов, не гарантирующие полной проверки программы. Общим требованием к этим критериям является достижение лишь определенной степени полноты АСУП или ее компонент. Как правило, эти критерии устанавливают требование по крайней мере однократной проверки всех операторов программы, всех ветвей программы, либо всех подпутей специального вида (например, всех подпутей, проверяющих циклы при начальном, завершающем и одном из промежуточных значений переменной — счетчика цикла). Самым распространенным критерием тестирования является критерий, требующий по крайней мере однократной проверки каждой из ветвей программ (критерий С₁). Так, например, тестирование при приемке программного обеспечения для ВВС США производится на основании этого критерия. По ряду независимых оценок использование критерия С₁ обеспечивает обнаружение от 67 до 90% ошибок.

Перечисленные критерии тестирования основаны на анализе структуры потока управления программы и не гарантируют обнаружение ошибок, связанных с ее потоками данных. Разработанные для решения этой задачи критерии разбиваются на две группы: использующие разбиение входных данных на обнаруживающие подобласти и основанные на отношениях между определениями и использованием информационных объектов.

^ В первом случае осуществляется поиск такого разбиения входных данных на подобласти, при котором корректная или некорректная работоспособность программы для любого элемента подобласти предполагает соответственно ее корректную или некорректную работоспособность для всех элементов этой подобласти. Если такое разбиение удается найти, то в качестве критерия тестирования принимается требование, по крайней мере, однократной проверки данных из каждой подобласти. Конечно, построить такое разбиение в большинстве реальных случаев практически невозможно. Однако этот принцип дает возможность строить обнаруживающие подобласти для отдельных типов ошибок: если имеется предположение о возможной ошибке, то часто можно определить и подобласть, на которую должна влиять эта ошибка, если бы в действительности она имела место.

^ Второе направление связано с попыткой выразить определенные свойства потоков данных через критерии тестирования. На уровне использующих некоторые переменные операторов программы определяется среда данных (множество всех определений каждой из переменных, для которых существует маршрут из точки определения в точку использования, на котором не встречается никакого другого определения данной переменной) и контекст данных (более полная модель, учитывающая одновременное использование определений с учетом их порядка). Соответствующие критерии тестирования требуют, по крайней мере, однократной проверки каждого из элементов среды и контекста данных.

Существуют и другие подходы к тестированию, например тестирование с ориентацией на слабые места (части программы, где вероятность появления ошибок относительно высока), тестирование с ориентацией на масштабы повреждения (проверка функций, ошибка в которых ведет к необратимым последствиям), стохастическое тестирование, мутационное тестирование. В последнем случае в программу целенаправленно вносятся представители различных групп ошибок — «мутанты». После тестирования осуществляется анализ числа и типов обнаруженных ошибок, включая «мутантов», далее на основе экстраполяции делается заключение о тщательности проведенного тестирования.

При установлении наличия ошибок на этапе тестирования возникает необходимость в следующем этапе — отладке. Отладка представляет собой процесс устранения ошибок: она начинается с обнаружения симптомов ошибки и заканчивается определением ее местоположения и последующим исправлением. В основе практически всех способов отладки лежат три метода: просмотр, проверка и прокрутка. Метод просмотра заключается в следующем: текст программы внимательно изучается на предмет обнаружения ошибок и смысловых расхождений с текстом алгоритма, при этом помимо сплошного просмотра может применяться и выборочный просмотр (циклов, условных операторов, параметров процедур и функций). При проверке своей программы программист по тексту мысленно старается восстановить определяемый программой вычислительный процесс, после чего сверяет его с требуемым процессом. Основой прокрутки является имитация программистом выполнения программы с целью более конкретного и наглядного представления о процессе, определяемом текстом проверяемой программы, т. е. программа проверяется как бы в динамике ее работы над конкретными данными.

^ Автоматизация тестирования и отладки

Система автоматизации тестирования и отладки (САТО) представляет собой сложный комплекс алгоритмических и программных средств, предназначенных для автоматизации анализа АСУП, тестирования, отладки и оценки ее качества, и позволяет облегчить модификацию компонент АСУП, обеспечить выявление ошибок на ранних стадиях отладки, повысить процент автоматически обнаруживаемых ошибок. На рис. 23 показано, как использование САТО влияет на цену обнаружения ошибок в течение жизненного цикла АСУП. АСУП становится «работоспособной», когда цена обнаруженной ошибки меньше некоторого значения μ, которое отражает уровень терпимости пользователя к программным ошибкам. Число имеющихся ошибок (область под кривой) одно и то же в обоих случаях. Отметим, что число обнаруженных ошибок после того, как АСУП становится работоспособной, почти постоянно по следующим причинам:

1) влияние эффекта «ряби» — исправление ошибки служит источником внесения новых ошибок (практика показывает, что такие ошибки составляют 19% всех обнаруженных ошибок);

2) практически для всех АСУП лишь небольшая ее часть интенсивно эксплуатируется, все остальные функции выполняются от случая к случаю, поэтому ошибки в них могут быть обнаружены значительно позже при удовлетворении некоторых специальных условий.

Рис. 23

I - кривая тестирования с использованием САТО,

II - кривая тестирования без использования САТО
САТО значительно сокращает количество ошибок, возникающих по вышеперечисленным причинам за счет предсказания влияния модификации, которые будут содержать эффект «ряби», а также за счет генерации и оценки тестов для тщательного и систематического тестирования АСУП.

Таким образом, установление корректности с помощью САТО является наиболее дешевым и эффективным средством улучшения качества и надежности АСУП. Конечно, абсолютная надежность не может быть достигнута с помощью САТО, тем не менее вероятность надежной работы АСУП будет являться допустимой в большинстве практических случаев.

Средства автоматизации, включаемые в САТО, в зависимости от решаемых ими задач разбиваются на средства автоматизации тестирования и средства автоматизации отладки.

Средства автоматизации тестирования в соответствии с этапами процесса тестирования классифицируются на следующие пять типов:

1) генераторы тестовых данных (ГТД), способные генерировать большие объемы тестовых данных на основании задаваемых форматов и допустимых диапазонов значений входной информации. При этом часто требуется выделить из множества тестовых данных приемлемое их подмножество. Обычно это осуществляется путем перевода ГТД в режим генерации случайных тестовых данных в пределах некоторого диапазона значений или путем выбора тестовых данных, распределенных с равными интервалами по всему диапазону возможных значений. Имеется и другой тип ГТД, строящих так называемые полные системы тестовых данных, позволяющие АСУП проверить все свои ветви или удовлетворяющие в той или иной степени другим критериям тестирования;

2) средства автоматизированного контроля результатов, предназначенные для автоматического сравнения ожидаемых результатов с реальными и выдачи информации обо всех расхождениях. Иногда удается автоматизировать и получение ожидаемых результатов, однако соответствующие средства не будут являться универсальными по отношению к тестируемым объектам;

3) средства автоматизированного управления тестированием (тест-мониторы), решающие задачу управления процессом тестирования. Тест-монитор формирует входные тестовые данные (возможно, принимая их от ГТД), подает их на испытываемый объект, получает результаты работы, визуализирует их и помогает проверить их правильность;

4) средства автоматизированного контроля тестирования, позволяющие оценить, насколько полная и тщательная проверка АСУП была осуществлена, например, на основе информации о непроверенных операторах/функциях, непроверенных маршрутах и т. п.;

5) средства автоматизации повторного тестирования, включающие в себя средства сохранения результатов, средства сравнения и визуализации всех расхождений.

Средства автоматизации отладки разбиваются на средства статического анализа исходных текстов и средства динамического контроля программ в период их выполнения. В состав этих групп входят инструментальные средства двух типов: средства автоматического обнаружения и локализации семантических ошибок некоторых классов и средства частичной автоматизации, позволяющие получать дополнительную информацию для облегчения обнаружения остальных семантических ошибок.

При статическом анализе осуществляется контроль предварительно построенной (средствами САТО) графовой модели АСУП и в отдельных случаях ее исходных текстов с целью обнаружения ошибок, а также спорных конструкций для дальнейшего анализа вручную.

^ Средства статического анализа классифицируются следующим образом:

1) средства анализа потоков управления, осуществляющие контроль структуры АСУП в целом, а также отдельных ее конструкций на основе графовой модели. Средства данного типа позволяют автоматически обнаружить следующие изъяны: невыполняемые операторы/функции, тупиковые ветви, некоторые виды бесконечных циклов и др.;

2) средства контроля операций над данными, предназначенные для обнаружения и локализации ошибок, связанных с особенностями конкретного языка программирования и его реализации (например, выход за пределы разрядной сетки значения константы, использование служебных слов языка в качестве имен, использование в отношении равенства вещественных переменных). Обычно такой контроль осуществляется по исходным текстам;

3) средства анализа потоков данных, используемые для обнаружения ошибок в потоках данных, связанные с нарушениями последовательности операций над информационными объектами (прежде всего операций чтения и записи). Анализ осуществляется по графовой модели, при этом обнаруживаются неинициализированные данные, неиспользуемые данные, ошибки в написании имен и т. п.;

4) средства контроля межмодульных интерфейсов, обнаруживающие некорректные межмодульные взаимодействия, например, несоответствие типов и числа фактических и формальных параметров при вызове модуля;

5) средства обнаружения возможных источников побочных эффектов, позволяющие получать информацию об изменении в теле функции/процедуры/модуля значений параметров вызова, в теле цикла значений управляющих переменных и т. п. для дальнейшего анализа вручную;

6) средства для контроля последовательности событий, производящие сравнение этой последовательности с правильной, заранее заданной последовательностью (например, при работе с файлом должна соблюдаться следующая последовательность: создание, открытие, совокупность чтений/записей, закрытие).

^ Основным недостатком средств статического анализа является то, что они обеспечивают обнаружение лишь частных, специальных случаев семантических ошибок (как правило, проявляющих себя в период выполнения). К достоинствам статического анализа следует отнести возможность контроля выбранного по заданным критериям множества маршрутов потенциального выполнения программы.

^ Средства динамического контроля предназначены для отслеживания поведения программы в период ее выполнения. Средства полной автоматизации обеспечивают контроль определенных семантических некорректностей (обычно по списку ошибок, заданному в той или иной форме). Дополнительно рассматриваемые средства позволяют осуществлять подсчет числа выполнений различных компонент АСУП, временных характеристик и другой статистической информации.

Средства частичной автоматизации позволяют пользователю автоматически получать необходимую ему информацию для дальнейшей локализации ошибок вручную. Среди таких средств наиболее распространены DDT (Dinamic Debugging Tools) — «системы для уничтожения блох« (слово «bug» в английском языке означает не только «ошибка», но и »блоха», а ДДТ — популярное в недавнее время средство борьбы с насекомыми). Управление системой DDT и, соответственно, управление отладкой осуществляются посредством языка отладки командного типа, его операторы имеют форму приказов (команд), состоящих из ключевого слова и списка операндов, если последние необходимы. Операторы языка отладки обеспечивают взаимодействие программиста с DDT и инициируют выполнение соответствующих отладочных функций, согласно которым они могут быть разбиты на следующие группы:

1) управляющие операторы, обеспечивающие управление выполнением АСУП в отладочном режиме, а также гибкий контроль исполнения информирующих и контролирующих операторов;

2) информирующие операторы, обеспечивающие сбор статистической информации периода выполнения и поддерживающие аппарат трассировок различного вида (слежение, трассировка по точкам ветвления, трассировка по условиям чтения/записи значений, отслеживание частот прохождения через определенные секции кода и др.);

3) контролирующие операторы, осуществляющие контроль значений переменных, маршрутов и т. п. на предмет сравнения с заранее заданными;

4) операторы чтения/записи, дающие возможность форматного ввода тестовых данных и вывода результатов в протокол сеанса отладки в терминах исходного языка программирования;

5) служебные операторы, обеспечивающие загрузку отлаживаемых программных и информационных компонент АСУП, переключение режимов (пакет, диалог), ввод в протокол сеанса отладки комментариев и т. д.

В последние годы разработан ряд DDT, имеющих более сложные языки отладки, приближающиеся по своим изобразительным возможностям к языкам программирования высокого уровня и позволяющие задавать ряд условий, при удовлетворении которых DDT способна исполнять некоторые действия (события), также заранее задаваемые средствами языка отладки.

^ Эксплуатация и сопровождение

Основные задачи этапа эксплуатации и сопровождения:

• обеспечение устойчивости работы системы и сохранности информации — администрирование;

• своевременная модернизация и ремонт отдельных элементов — техническая поддержка;

• адаптация возможностей эксплуатируемой системы к текущим

потребностям бизнеса предприятия — развитие системы. Эти работы необходимо включать в оперативный план информатизации предприятия, который должен формироваться обязательно с соблюдением всех условий стратегического плана. В противном случае в рамках существующей системы могут появиться фрагменты, которые в будущем сделают эффективную эксплуатацию системы невозможной. В настоящее время за рубежом стало общепринятой практикой передавать функции технической поддержки и частично администрирования поставщикам системы или системным интеграторам. Эта практика получила название «аутсорсинг». Зачастую в рамках аутсорсинга сторонним предприятиям передаются и такие функции, как создание и поддержка резервных хранилищ данных и центров выполнения критических бизнес-приложений, которые задействуются в случае стихийных бедствий или других особых условий.

Особое внимание на этапе эксплуатации и сопровождения следует уделить вопросам обучения персонала и, соответственно, планированию инвестиций в этот процесс.

^ CASE-технологии — инструментарий поддержки ЖЦ

Практически ни один серьезный проект по созданию АСУП не осуществляется без использования CASE-средств. CASE (Computer-Aided Software/System Engineering) представляет собой совокупность методологий анализа, проектирования, разработки и сопровождения сложных программных систем, поддержанную комплексом взаимоувязанных средств автоматизации. CASE — это инструментарий для системных аналитиков, разработчиков и программистов, заменяющий им бумагу и карандаш компьютером для автоматизации процесса проектирования и разработки ПО. При применении этого инструментария отмечается значительный рост производительности труда, составляющий (по оценкам фирм, использующих CASE) от 100 до 600% в зависимости от объема и сложности работ и опыта использования CASE. Общее число распространяемых пакетов превышает 500 наименований. Объем рынка CASE-средств превышает 10 млрд. долл. в год, число инсталляций наиболее популярных пакетов составляет десятки тысяч.

Основная цель CASE состоит в том, чтобы отделить начальные этапы (анализ и проектирование) от последующих этапов разработки, а также не обременять разработчиков всеми деталями среды разработки и функционирования системы. Чем больший объем работ будет вынесен на этапы анализа и проектирования, тем лучше. При использовании CASE транформируются все этапы жизненного цикла АСУП, при этом наибольшие изменения касаются этапов анализа и проектирования. В большинстве современных CASE-систем применяются методологии структурного и/или объектно-ориентированного анализа и проектирования, основанные на наглядных диаграммных техниках, при этом для описания модели проектируемой системы используются графы, диаграммы, таблицы и схемы.

Следует отметить, что CASE — не революция в программотехнике, а результат естественного эволюционного развития всей отрасли средств, называемых ранее инструментальными или технологическими. Однако это и не Confuse Array of Software that does Everything, существует ряд признаков и свойств, наличие которых позволяет классифицировать некоторый продукт как CASE-средство. Одним из ключевых признаков является поддержка структурных и/или объектно-ориентированных методологий. С самого начала CASE-средства развивались с целью преодоления ограничений при использовании структурных (а в настоящее время и объектно-ориентированных) методологий (сложности понимания, большой трудоемкости и стоимости использования, трудности внесения изменений в проектные спецификации и т. д.) за счет их автоматизации и интеграции поддерживающих средств.

Помимо автоматизации методологий и, как следствие, возможности применения современных методов системной и программной инженерии, CASE обладают следующими основными достоинствами:

• улучшают качество создаваемой системы за счет средств автоматического контроля (прежде всего контроля проекта);

• позволяют за короткое время создавать прототип будущей системы, что позволяет на ранних этапах оценить ожидаемый результат;

• ускоряют процесс проектирования и разработки;

• освобождают разработчика от рутинной работы, позволяя ему целиком сосредоточиться на творческой части разработки;

• поддерживают развитие и сопровождение разработки;

• поддерживают технологии повторного использования компонент разработки.

В настоящее время имеется два поколения CASE. Средства первого поколения предназначены для анализа требований, проектирования спецификаций и структуры системы и являются первой технологией, адресованной непосредственно системным аналитикам и проектировщикам. Они включают средства для поддержки графических моделей, проектирования спецификаций, редактирования словарей данных и концентрируют внимание на начальных шагах проекта — системном анализе, определении требований, системном проектировании, логическом проектировании БД. Средства второго поколения предназначены для поддержки полного жизненного цикла разработки. В них в первую очередь используются средства поддержки автоматической кодогенерации, а также обеспечивается полная функциональная поддержка для создания графических системных требований и спецификаций проектирования; контроля, анализа и увязывания системной информации, а также информации по управлению проектированием; построения прототипов и моделей системы; тестирования, верификации и анализа сгенерированных программ; генерации документов по проекту; контроля на соответствие стандартам по всем этапам ЖЦ.

CASE-технологии предлагают новый, основанный на автоматизации подход к концепции ЖЦ ПО. При использовании CASE изменяются все фазы ЖЦ, при этом наибольшие изменения касаются фаз анализа и проектирования.

В табл. 8 приведены оценки трудозатрат по фазам ЖЦ. В табл. 9 сведены основные изменения в ЖЦ при использовании CASE по сравнению с традиционной разработкой.

Таблица 8

Способ разработки	Анализ, %	Проектирование, %	Кодирование, %	Тестирование, %
Традиционная разработка	20	15	20	45
Использование структурных методологий	30	30	15	25
Использование CASE-технологий	40	40	5	15

Таблица 9

Традиционная разработка	CASE
Основные усилия — на кодирование и тестирование	Основные усилия — на анализ и проектирование
«Бумажные» спецификации	Быстрое итеративное прототипирование
Ручное кодирование	Автоматическая кодогенерация
Ручное документирование	Автоматическая генерация документации
Тестирование кодов	Автоматический контроль проекта
Сопровождение кодов	Сопровождение спецификаций проектирования

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 20

Скачать файл (8603.5 kb.)

Лекции - Курс лекций по автоматизированным системам управления - файл 1.doc

Доступные файлы (1):

1.doc

ЛЕКЦИЯ 6

ЛЕКЦИЯ 7

ЛЕКЦИЯ 8

ЛЕКЦИЯ 9

Оперативное управление производством

ЛЕКЦИЯ 10

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ СИСТЕМЫ

ЛЕКЦИЯ 11

Разработка технического задания

ЛЕКЦИЯ 12