Funktionsmodell

Im Systemtechnik, Softwareentwicklung, und Informatik, a Funktionsmodell oder Funktionsmodell ist eine strukturierte Darstellung der Funktionen (Aktivitäten, Aktionen, Prozesse, Operationen) innerhalb des modellierten System oder Themenbereich.[1]

Beispiel für ein Funktionsmodell des Prozesses "Aufrechterhalten reparierbarer Ersatzteile" in Idef0 Notation.

Ein Funktionsmodell, ähnlich wie der Aktivitätsmodell oder Prozessmodell, ist eine grafische Darstellung eines UnternehmenDie Funktion innerhalb eines definierten Bereichs. Ziel des Funktionsmodells besteht darin, die Funktionen und Prozesse zu beschreiben, bei der Entdeckung des Informationsbedarfs zu helfen, Chancen zu identifizieren und eine Grundlage für die Bestimmung der Produkt- und Dienstleistungskosten zu etablieren.[2]

Geschichte

Das Funktionsmodell im Bereich Systemtechnik und Software -Engineering stammt aus den 1950er und 1960er Jahren, aber der Ursprung der funktionalen Modellierung der organisatorischen Aktivität reicht bis zum späten 19. Jahrhundert zurück.

Im späten 19. Jahrhundert erschienen die ersten Diagramme, dass abgebildete Geschäftsaktivitäten, Aktionen, Prozesse oder Operationen und in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts die ersten strukturierten Methoden zur Dokumentation von Geschäftsprozessaktivitäten entstanden sind. Eine dieser Methoden war die Durchflussprozessdiagramm, Vorgestellt von Frank Gilbreth an Mitglieder von Die Amerikanische Gesellschaft der Maschinenbauingenieure (ASME) 1921 mit der Präsentation mit dem Titel „Prozessdiagramme - erste Schritte, um den besten Weg zu finden“.[3] Gilbreths Werkzeuge fanden schnell ihren Weg in Wirtschaftsingenieurwesen Lehrpläne.

Die Entstehung des Feldes von Systemtechnik kann zurückverfolgt werden Bell Telefonlabors In den 1940er Jahren.[4] Die Notwendigkeit, die Eigenschaften eines Systems als Ganzes zu identifizieren und zu manipulieren, das in komplexen Ingenieurprojekten stark von der Summe der Eigenschaften der Teile abweichen kann, motivierte verschiedene Branchen, die Disziplin anzuwenden.[5] Einer der ersten, der das Funktionsmodell in diesem Bereich definierte, war der britische Ingenieur William Gosling. In seinem Buch Das Design von technischen Systemen (1962, S. 25) erklärte er:

Ein Funktionsmodell muss somit zwei Ziele erreichen, um nützlich zu sein. Es muss eine Mechanik für Durchsatzbeschreibung liefern, die die ersten und letzten Durchsatzzustände und möglicherweise einige der dazwischenliegenden Zustände vollständig definieren können. Es muss auch einige Mittel bieten, mit denen jede Eingabe, die in Bezug auf diese Mechanik korrekt beschrieben wird, verwendet werden kann, um einen Ausgang zu generieren, der eine ebenso korrekte Beschreibung der Ausgabe ist, die das tatsächliche System für die betroffene Eingabe angegeben hätte. Es kann auch beachtet werden, dass es zwei andere Dinge gibt, die ein funktionales Modell tun können, die jedoch für alle Funktionsmodelle nicht erforderlich sind. Somit kann ein solches System die Systemdurchsatze als bei Eingang und Ausgabe nicht beschreiben, und es kann auch eine Beschreibung des Vorgangs enthalten, das jedes Element auf dem Durchsatz ausübt, dies ist jedoch erneut nicht der Fall.[6]

Eines der ersten gut definierten Funktionsmodelle war die Funktionaler Flussblockdiagramm (FFBD) entwickelt von den Verteidigungsbezogenen TRW In den 1950er Jahren eingebaut.[7] In den 1960er Jahren wurde es von der ausgenutzt NASA Visualisieren Sie die Zeitsequenz von Ereignissen in Weltraumsystemen und Flugmissionen.[8] Es wird weiter in klassischem Einsatz verwendet Systemtechnik Um die Reihenfolge der Ausführung von Systemfunktionen zu zeigen.[9]

Funktionelle Modellierungsthemen

Funktionale Perspektive

Im Systemtechnik und Softwareentwicklung Ein Funktionsmodell wird mit einem funktionalen erstellt Modellierungsperspektive. Die funktionale Perspektive ist eine der Perspektiven, die möglich sind GeschäftsprozessmodellierungAndere Perspektiven sind zum Beispiel Verhalten, Organisation oder Information.[10]

Eine funktionale Modellierungsperspektive konzentriert sich darauf, die zu beschreiben dynamischer Prozess. Das Hauptkonzept in dieser Modellperspektive ist der Prozess, dies kann eine Funktion, Transformation, Aktivität, Handlung, Aufgabe usw. sein. Ein bekanntes Beispiel für eine Modellierungssprache, die diese Perspektive anwendet, ist Datenflussdiagramme.

Die Perspektive verwendet vier Symbole, um einen Prozess zu beschreiben. Diese sind:

  • Prozess: Veranschaulicht die Transformation von Eingabe zu Ausgabe.
  • Speicher: Datensammlung oder eine Art Material.
  • Fluss: Datenbewegung oder Material im Prozess.
  • Externe Entität: extern zum modellierten System, aber mit ihm interagiert.

Mit diesen Symbolen kann nun ein Prozess als Netzwerk dieser Symbole dargestellt werden. Dieser zersetzte Prozess ist ein DFD -Datenflussdiagramm.

Beispiel für die funktionelle Zersetzung in einer Systemanalyse.

Im Dynamische Enterprise -Modellierung Eine Teilung wird im Steuermodell, Funktionsmodell, durchgeführt, Prozessmodell und Organisationsmodell.

Funktionale Zersetzung

Funktionale Zersetzung bezieht sich allgemein auf den Prozess der Lösung a funktional Beziehung zu seinen Bestandteilen so, dass die ursprüngliche Funktion von diesen Teilen von rekonstruiert werden kann Funktionszusammensetzung. Im Allgemeinen wird dieser Zersetzungsprozess entweder durchgeführt, um Einblick in die Identität der Bestandteile zu erhalten, oder um eine komprimierte Darstellung der globalen Funktion zu erhalten bestimmte Ebene von Modularität.

Funktionale Zersetzung spielt eine herausragende Rolle in Computerprogrammierung, wo ein Hauptziel ist zu modularisieren Prozesse so weit wie möglich. Beispielsweise kann ein Bibliotheksverwaltungssystem in ein Bestandsmodul, ein Patroninformationsmodul und ein Gebührenbewertungsmodul unterteilt werden. In den frühen Jahrzehnten der Computerprogrammierung zeigte sich dies als "Kunst des Unterroutens", wie sie von einigen prominenten Praktikern bezeichnet wurde.

Die funktionelle Zerlegung von technischen Systemen ist eine Methode zur Analyse von technischen Systemen. Die Grundidee besteht darin, zu versuchen, ein System so zu teilen, dass jeder Block des Blockdiagramms ohne ein "und" oder "oder" in der Beschreibung beschrieben werden kann.

Diese Übung zwingt jeden Teil des Systems, ein reines zu haben Funktion. Wenn ein System aus reinen Funktionen besteht, können sie wiederverwendet oder ersetzt werden. Ein üblicher Nebeneffekt besteht darin, dass die Schnittstellen zwischen Blöcken einfach und allgemein werden. Da die Schnittstellen normalerweise einfach werden, ist es einfacher, eine reine Funktion durch eine verwandte, ähnliche Funktion zu ersetzen.

Funktionale Modellierungsmethoden

Der funktionelle Ansatz wird in mehreren Diagrammetechniken und Modellierungsnotationen erweitert. Dieser Abschnitt gibt einen Überblick über die wichtigen Techniken in chronologischer Reihenfolge.

Funktionsblockdiagramm

Funktionales Blockdiagramm der Einstellungskontrolle und Manövrierung der Elektroniksystem des Gemini -Raumschiff. Juni 1962.

A Funktionales Blockdiagramm ist ein Blockdiagramm, das beschreibt die Funktionen und Wechselbeziehungen von a System. Das funktionale Blockdiagramm kann sich vorstellen:[11]

  • Funktionen eines Systems, das von Blöcken abgebildet ist
  • Eingabe eines mit Linien abgebildeten Blocks und
  • Beziehungen zwischen 9 Funktionen
  • Funktionssequenzen und Pfade für Materie und / oder Signale[12]

Das Blockdiagramm kann zusätzliche schematische Symbole verwenden, um bestimmte Eigenschaften anzuzeigen.

Spezifisches Funktionsblockdiagramm sind das Klassiker Funktionaler Flussblockdiagramm, und die Funktionsblockdiagramm (FBD), das für das Design von verwendet wird Programmierbare Logikkontroller.

Funktionaler Flussblockdiagramm

Funktionaler Flussblockdiagramm Format.[13]

Das Funktionaler Flussblockdiagramm (FFBD) ist eine mehrstufige, zeitlich sequenzierte, Schritt-für-Schritt Flussdiagramm des SystemFunktionaler Fluss.[14] Das Diagramm wird in den 1950er Jahren entwickelt und in Klassik weit verbreitet Systemtechnik. Das funktionale Flussblockdiagramm wird auch als bezeichnet Funktionaler Durchflussdiagramm, Funktionales Blockdiagramm, und Funktionsfluss.[15]

Funktionelle Flussblockendiagramme (FFBD) definieren normalerweise die detaillierten, schrittweise Betriebssequenzen und Support-Sequenzen für Systeme, aber sie werden auch effektiv verwendet, um Prozesse bei der Entwicklung und Herstellung von Systemen zu definieren. Das Softwareentwicklungsprozesse Verwenden Sie auch FFBDS ausgiebig. Im Systemkontext können die funktionalen Flussschritte Kombinationen von enthalten Hardware-, Software, Personal, Einrichtungen und/oder Verfahren.

In der FFBD -Methode werden die Funktionen organisiert und durch ihre logische Ausführungsreihenfolge dargestellt. Jede Funktion wird in Bezug auf ihre logische Beziehung zur Ausführung und Vervollständigung anderer Funktionen gezeigt. Ein mit dem Funktionsnamen gekennzeichneten Knoten zeigt jede Funktion. Pfeile von links nach rechts zeigen die Reihenfolge der Ausführung der Funktionen. Logiksymbole repräsentieren eine sequentielle oder parallele Ausführung von Funktionen.[16]

Hipo und Opo

Ein erweiterter IPO -Modell.

Hipo zum Hierarchische Eingabeprozessausgabe ist ein beliebter 1970er Jahre Systemanalyse Designhilfe und Dokumentationstechnik[17] zur Darstellung der Module von a System Als ein Hierarchie und für die Dokumentation jedes Moduls.[18]

Es wurde verwendet, um Anforderungen zu entwickeln, das Design zu konstruieren und die Implementierung eines Expertensystems zu unterstützen, um automatisiertes Rendezvous zu demonstrieren. Die Überprüfung wurde dann aufgrund der Entwurfs- und Implementierungsmethode systematisch durchgeführt.[19]

Das Gesamtdesign des Systems wird unter Verwendung von HIPO -Diagrammen dokumentiert oder Strukturdiagramme. Das Strukturdiagramm ist im Erscheinungsbild eines Organisationsdiagramms ähnlich, wurde jedoch geändert, um zusätzliche Details anzuzeigen. Strukturdiagramme können verwendet werden, um verschiedene Arten von Informationen anzuzeigen, werden jedoch auch am häufigsten zum Diagramm verwendet Datenstrukturen oder Codestrukturen.[18]

N2 Diagramm

Abbildung 2. n2 Diagrammdefinition.[20]

Das N2 Diagramm ist ein Diagramm in Form von a MatrixDarstellung funktionaler oder physikalischer Schnittstellen zwischen Systemelementen. Es wird verwendet, um funktionelle und physikalische Schnittstellen systematisch zu identifizieren, zu definieren, zu tabellieren, zu entwerfen und zu analysieren. Es gilt für das System Schnittstellen und Hardware- und/oder Software Schnittstellen.[14]

Dann2 Das Diagramm wurde ausgiebig zur Entwicklung von Datenschnittstellen verwendet, hauptsächlich in der Software Bereiche. Es kann jedoch auch zur Entwicklung von Hardware -Schnittstellen verwendet werden. Das grundlegende n2 Die Diagramm ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Systemfunktionen sind auf die Diagonale platziert. Der Rest der Quadrate in der N × N -Matrix repräsentiert die Grenzflächeneingänge und Ausgänge.[20]

Strukturierte Analyse- und Designtechnik

SADT -Basiselement.

Strukturierte Analyse- und Designtechnik (Sadt) ist a Software -Engineering -Methodik zum Beschreiben Systeme Als Hierarchie der Funktionen a Diagrammatiker Notation zum Bau einer Skizze für eine Softwareanwendung. Es bietet Bausteine ​​zur Darstellung von Entitäten und Aktivitäten sowie eine Vielzahl von Pfeilen, um Kisten zu verknüpfen. Diese Boxen und Pfeile haben eine zugehörige informelle Semantik.[21] SADT kann als Funktionsanalyse -Tool eines bestimmten Prozesses verwendet werden, wobei aufeinanderfolgende Details verwendet werden. Die SADT -Methode ermöglicht die Definition der Benutzerbedürfnisse für IT -Entwicklungen, die in industriellen Informationssystemen verwendet wird, aber auch die Herstellungsprozesse und Verfahren einer Aktivität erklären und darstellen.[22]

Der SADT liefert eine spezifische funktionale Ansicht eines Unternehmens, indem er die Funktionen und ihre Beziehungen in einem Unternehmen beschreibt. Diese Funktionen erfüllen die Ziele eines Unternehmens wie Vertrieb, Bestellplanung, Produktdesign, Teilherstellung und Personalmanagement. Der SADT kann einfache funktionale Beziehungen darstellen und Daten- und Kontrollflussbeziehungen zwischen verschiedenen Funktionen widerspiegeln. Das Idef0 Der Formalismus basiert auf SADT, entwickelt von von Douglas T. Ross 1985.[23]

Idef0

Idef0 Diagrammbeispiel

Idef0 ist ein Funktionsmodellierung Methodik zur Beschreibung Herstellung Funktionen, die eine funktionale bieten Modellierungssprache für die Analyse, Entwicklung, Wiedergutmachung und Integration von Informationssysteme; Geschäftsprozesse; oder Software -Engineering -Analyse.[24] Es ist Teil der Idef Familie der Modellierungssprachen im Bereich von Softwareentwicklungund basiert auf dem funktionalen Modellierungssprachgebäude Sadt.

Die IDEF0 -Funktionsmodellierungsmethode wurde entwickelt, um die Entscheidungen, Aktionen und Aktivitäten einer Organisation oder eines Systems zu modellieren.[25] Es wurde aus der etablierten grafischen Modellierungssprache abgeleitet Strukturierte Analyse- und Designtechnik (SADT) entwickelt von Douglas T. Ross und Softech, Inc. In seiner ursprünglichen Form enthält IDEF0 beide eine Definition einer grafischen Modellierungssprache (Syntax und Semantik) und eine Beschreibung einer umfassenden Methodik für die Entwicklung von Modellen.[1] Die US Air Force beauftragte die SADT -Entwickler, eine Funktionsmodellmethode zur Analyse und Kommunikation der funktionalen Perspektive eines Systems zu entwickeln. IDEF0 sollte bei der Organisation der Systemanalyse helfen und eine effektive Kommunikation zwischen dem Analyst und dem Kunden durch vereinfachte grafische Geräte fördern.[25]

Axiomatisches Design

Axiomatisches Design ist ein Top-Down-hierarchischer funktionaler Zerlegungsprozess, der als Lösungssynthese-Framework für die Analyse, Entwicklung, Neubindung und Integration von Produkten, Informationssystemen, Geschäftsprozessen oder Software-Engineering-Lösungen verwendet wird.[26] Seine Struktur ist mathematisch geeignet, um die Kopplung zwischen Funktionen zu analysieren, um die architektonische Robustheit potenzieller funktionaler Lösungsmodelle zu optimieren.

Verwandte Arten von Modellen

Im Bereich der System- und Software -Engineering wurden zahlreiche spezifische Funktionen und Funktionsmodelle sowie eng verwandte Modelle definiert. Hier werden nur wenige allgemeine Typen erklärt.

Geschäftsfunktionsmodell

A Geschäftsfunktionsmodell (BFM) ist eine allgemeine Beschreibung oder Kategorie von Operationen, die routinemäßig durchgeführt werden, um die Mission einer Organisation durchzuführen. Sie "bieten eine konzeptionelle Struktur für die Identifizierung von General Geschäftsfunktionen".[27] Es kann das Kritische zeigen Geschäftsprozesse im Kontext der Geschäftsbereichsfunktionen. Die Prozesse im Geschäftsfunktionsmodell müssen mit den Prozessen in den Wertschöpfungskettenmodellen übereinstimmen. Prozesse sind eine Gruppe verwandter Geschäftsaktivitäten, die durchgeführt werden, um ein Endprodukt zu produzieren oder einen Service zu erbringen. Im Gegensatz zu Geschäftsfunktionen, die kontinuierlich durchgeführt werden, sind Prozesse durch die Tatsache gekennzeichnet, dass sie einen bestimmten Anfang und einen Endpunkt haben, der durch die Bereitstellung einer gewünschten Ausgabe gekennzeichnet ist. Die Zahl auf der rechten Seite zeigt die Beziehung zwischen Geschäftsprozessen, Geschäftsfunktionen und dem Geschäftsreferenzmodell des Geschäftsbereichs.[28]

Geschäftsprozessmodell und Notation

Geschäftsprozessmodellierungsnotation Beispiel.

Geschäftsprozessmodell und Notation (Bpmn) ist a grafische Darstellung zum Angeben Geschäftsprozesse in einem Arbeitsablauf. BPMN wurde von entwickelt von Geschäftsprozessmanagementinitiative (BPMI) und wird derzeit von der aufrechterhalten Objektverwaltungsgruppe Da die beiden Organisationen im Jahr 2005 zusammengeführt wurden. Die aktuelle Version von BPMN beträgt 2.0.[29]

Die Spezifikation für Geschäftsprozessmodell und Notation (BPMN) liefert eine grafische Notation für die Angabe Geschäftsprozesse in einem Geschäftsprozessdiagramm (BPD).[30] Das Ziel von BPMN ist es, das Geschäftsprozessmanagement sowohl für technische Nutzer als auch für Geschäftsanwender zu unterstützen, indem es eine Notation zur Verfügung stellt, die für Geschäftsbenutzer intuitiv ist und dennoch komplexe Prozesssemantik darstellen kann. Die BPMN -Spezifikation liefert auch eine Zuordnung zwischen den Grafiken der Notation zu den zugrunde liegenden Konstrukten von Ausführungssprachen, insbesondere zu BPEL4WS.[31]

Geschäftsreferenzmodell

Diese Fea Geschäftsreferenzmodell zeigt die Beziehung zwischen Geschäftsprozessen, Geschäftsfunktionen und dem Geschäftsreferenzmodell des Geschäftsbereichs.

A Geschäftsreferenzmodell ist ein Referenzmodell, das sich auf die funktionalen und organisatorischen Aspekte der konzentriert Kerngeschäft von einem Unternehmen, service organization oder Regierungsbehörde. In Enterprise Engineering ist ein Geschäftsreferenzmodell Teil eines Enterprise Architecture Framework oder Architekturrahmen, was definiert, wie man die Struktur organisiert und Ansichten mit einem verbunden Unternehmensstruktur.

A Referenzmodell Im Allgemeinen ist ein Modell von etwas, das das grundlegende Ziel oder die Idee von etwas verkörpert und dann als Referenz für verschiedene Zwecke betrachtet werden kann. Ein Geschäftsreferenzmodell ist ein Mittel zur Beschreibung des Geschäftsbetrieb einer Organisation unabhängig von der organisatorische Struktur das führt sie aus. Andere Arten von Geschäftsreferenzmodell können auch die Beziehung zwischen dem darstellen Geschäftsprozesse, Geschäftsfunktionen und die GeschäftsbereichGeschäftsreferenzmodell. Dieses Referenzmodell kann in Schichten konstruiert werden und bieten eine Grundlage für die Analyse von Servicekomponenten, Technologie, Daten und Leistung.

Bedienungsfunktionsmodell

Das Bedienungsfunktionsmodell (OFM) wird als Alternative zu traditionellem vorgeschlagen Aufgabenanalyse Techniken verwendet von menschliche Faktoren Ingenieure. Ein Operator -Funktionsmodell versucht, in mathematischer Form darzustellen, wie ein Bediener ein komplexes System in einfachere Teile zerlegt und Steuerungsaktionen und Systemkonfigurationen koordinieren kann, sodass eine akzeptable Gesamtsystemleistung erreicht wird. Das Modell stellt grundlegende Fragen der Wissensrepräsentation, des Informationsflusss und der Entscheidungsfindung in komplexen Systemen dar. Miller (1985) schlägt vor, dass die Netzwerkstruktur als mögliche Darstellung eines Bedieners angesehen werden kann internes Modell des Systems plus eine Kontrollstruktur, die angibt, wie das Modell verwendet wird, um die Entscheidungsprobleme zu lösen, die die Bedienungssteuerfunktionen umfassen.[32]

Siehe auch

Verweise

Public DomainDieser Artikel enthältPublic Domain Material von dem Nationales Institut für Standards und Technologie Webseite https://www.nist.gov.

Public DomainDieser Artikel enthältPublic Domain Material von dem Föderale Flugverwaltung dokumentieren: "Bedienungsfunktionsmodell (OFM)".

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