Функциональное моделирование сложных систем

Москва  2021

М ИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

«МИСиС»

ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК

Кафедра автоматизированных систем управления

Е.Н. Шафоростова

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ  
МОДЕЛИРОВАНИЕ  
СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

Учебное пособие

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 4472

УДК 004.4 
 
Ш-30

Р е ц е н з е н т 

канд. техн. наук, доц.,  

доцент кафедры автоматизирования  

проектирования и дизайна ИТКН НИТУ Д.В. Калитин

Шафоростова Е.Н.

Ш-30 
Функциональное 
моделирование 
сложных 
си
стем» : учеб. пособие / Е.Н. Шафоростова. – М. : Изд. 
Дом НИТУ «МИСиС», 2021. – 81 с.

ISBN 978-5-907227-48-4 

В учебном пособии излагаются основные теоретические вопро
сы функционального моделирования сложных систем. Рассмотрены наиболее распространенные программные продукты, использующиеся на основных этапах моделирования сложных систем. 
Каждая тема закрепляется контрольными вопросами и заданиями 
на практическую работу.

Учебное пособие предназначено для обучающихся по направ
лению подготовки 09.04.01 «Информатика и вычислительная 
техника» по профилям подготовки «Интеллектуальные системы 
управления», «Промышленный интернет вещей и прогнозная аналитика».

УДК  004.4

 Е.Н. Шафоростова, 2021

ISBN  978-5-907227-48-4
 НИТУ «МИСиС», 2021

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Тема 1. Построение функциональных моделей бизнеспроцессов организации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Теоретическое введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Технология выполнения практической работы . . . . . . . . . 10
Задания на практическую работу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Требования к отчету . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Тема 2. Функциональное моделирование  
предметной области в нотации IDEF0 и DFD . . . . . . . . . . . . . 27

Теоретическое введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Задания на практическую работу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Тема 3. Моделирование функциональности и классов 
приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Теоретическое введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Технология выполнения практической работы . . . . . . . . . 56
Задания на практическую работу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Тема 4. Моделирование данных создаваемой  
информационной системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Теоретическая часть  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Технология выполнения практической работы . . . . . . . . . 70
Задания на практическую работу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

Библиографический список  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

ВВЕДЕНИЕ

В учебном пособии рассматриваются вопросы функцио
нального моделирования сложных систем для обучающихся 
уровня образовательной программы магистратуры по направлению подготовки 09.04.01 «Информатика и вычислительная 
техника». Актуальность изучения дисциплины «Функциональное моделирование сложных систем» связана с тем, что 
достаточно быстро меняются требования к современным автоматизированным системам с учетом динамически меняющихся тенденций развития общества. Данная проблема относится 
и к автоматизированным системам управления (АСУ), применяемым для отдельных подсистем работы предприятия, но это 
также справедливо и для систем АСУ целого предприятия, поэтому вопросы функционального моделирования сложных автоматизированных систем являются актуальными. 

Целью изучения дисциплины является формирование у об
учающихся теоретических знаний и практических навыков, 
связанных с функциональным моделированием сложных систем, которые относятся к классам автоматизированных информационных систем.

Основные задачи изучения дисциплины:

 
– обучающиеся должны знать теоретические базовые мето
ды и принципы построения основных функций и подсистем 
автоматизированных систем управления, уметь декомпозировать основные процессы изучаемой предметной области, а также определять уровень их декомпозиции; 

 
– знать основные процессы и методы применения стандарта 

IDEF0 при документировании и разработке проектных решений;

 
– владеть навыками использования инструментальных 

средств автоматизированного проектирования с использованием практических примеров функционального моделирования.

ТЕМА 1. ПОСТРОЕНИЕ 

ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ 

БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ ОРГАНИЗАЦИИ

Цель: научиться строить основные функциональные моде
ли бизнес-процессов организации. 

Теоретическое введение

В настоящее время организация, по сути, является фор
мой жизнедеятельности бизнеса, и в этом смысле она вторична по отношению к бизнесу, поэтому организация (структура, 
персонал, сотрудники, система менеджмента) создается и развивается для бизнеса, а не наоборот.

Качественно и эффективно управлять бизнес-системами 

в организациях можно при условии, что данные процессы хорошо структурированы и включают следующие составляющие:

 
– выстроенную систему бизнес-процессов организации;

 
– структурированную 
функционально-организационную 

схему, отражающую распределение полномочий и зон ответственности (так называемую штатную структуру распределения зон ответственности сотрудников по бизнес-процессам и 
операциям);

 
– систему подчиненности и функционального взаимодей
ствия между подразделениями организации в рамках структурированного бизнес-процесса.

Все это говорит о том, что вопросы структурирования и 

функционального определения бизнес-процессов в организации тесно связаны между собой и улучшение этих процессов 
по отдельности приводит к неэффективному менеджменту организации.

Развитая организация – это система разнообразных и 

не всегда взаимосвязанных бизнес-процессов (например, различные направления деятельности, выполнение различных 
задач в структурных подразделениях и т.п.). При проведении 
анализа сложившейся системы бизнес-процессов в организации даже опытному руководителю не всегда удается выделить 

все существующие процессы. При моделировании бизнес-процессов актуальной является задача не просто определить и 
вывить имеющиеся бизнес-процессы с целью дальнейшей автоматизации и контроля, но и определить их оптимальное взаимодействие с целью дальнейшего развития. Таким образом, 
в основе управления структурой организации лежит понятие 
функционального поведения имеющихся бизнес-про цессов.

Рис. 1.1. Циклограмма управления бизнес-процессами

При моделировании необходимо учитывать специфические 

особенности направлений деятельности компании, поскольку 
создание четкого регламента бизнес-процессов возможно не во 
всех организациях. Рассмотрим, например, организации, занимающиеся созданием и разработкой различных проектов, 
строительные организации или предприятия по производству изделий под заказ. На практике достаточно эффективно 
управлять данными организациями невозможно через структурирование бизнес-процессов, поскольку, например, разработка проектов предполагает наличие планов, определенного 
бюджета, четких временных рамок и соблюдения других условий, поэтому здесь возможны иные подходы к управлению. 
Разработанные бизнес-процессы наиболее успешно внедря

ются в компаниях, в которых все процессы функционируют 
на основе многократно повторяющихся алгоритмов действий, 
с четко выстроенной организационной структурой, например, 
в серийных производствах внедрение бизнес-процессов является механизмом, обеспечивающим их бесперебойную работу 
(рис. 1.1).

Бизнес-процесс представляет собой функциональную, чет
кую логическую последовательность определенных действий 
сотрудников в организации.

Целью описания бизнес-процессов является проведение ана
лиза существующих процессов и определение регламента действий в организации.

Описание бизнес-процессов – это описание логической 

последовательности действий сотрудников при выполнении определенных функций в установленном нормами виде 
с целью регламентации последовательности функциональных 
действий в организации, проведении их анализа с целью дальнейшей оптимизации и повышения эффективности.

Главное отличие описания бизнес-процессов от технологи
ческих состоит в том, что в технологических процессах на выходе предусматривается получение определенного результата 
(например, на производстве на выходе технологического процесса должна получиться продукция с заданными параметрами и функциями).

Однако детально прописывать и регламентировать необ
ходимо те процессы в организации, которые неоднократно 
повторяются и полностью отлажены. Если же те или иные 
процессы все время изменяются, то их нужно детально тестировать и отбирать более эффективные.

Функциональное моделирование бизнес-процессов позволя
ет решить следующие актуальные задачи:

 
– анализ и изучение существующих бизнес-процессов, на
пример, построение графических схем, с целью создания моделей существующих бизнес-процессов, которые позволят выявить возможные «узкие места» и понять функциональные 
особенности деятельности организации;

– обеспечение наглядности бизнес-процессов. Графическое 

представление деятельности организации позволит руководителю более оперативно выявить проблемы в имеющихся бизнес-процессах и оценить различные варианты их устранения. 
В работе бизнес-аналитиков, разработчиков по внедрению 
программных продуктов и т.д. важным моментом в проектировании бизнес-процессов является понимание клиентом преимуществ решения выявленных проблем существующих в организации бизнес-процессов. 

Рис. 1.2. Параметры моделирования бизнес-процессов

Процесс моделирования бизнес-процессов организации так
же необходим для представления сложных информационных 
потоков в более простой и наглядной графической форме для 
восприятия пользователем, проведения анализа и принятия 
управленческого решения. Для построения модели бизнеспроцессов сначала необходимо определить организационную 
структуру предприятия (рис. 1.2).

Организационная структура является основой построения 

информационных потоков в организации, вместе со структурой бизнес-процессов они представляют собой взаимосвязанные и определяющие друг друга элементы процесса управ

ления и эффективной работы предприятия. Структура 
выстроенных процессов, в свою очередь, является основой 
функционирования бизнеса.

Организационная структура представляет собой утверж
денный нормативный документ, который определяет взаимоподчинение подразделений организации и структурно, в виде 
схемы, отображает способы их взаимодействия друг с другом. 
Структура организации определяется с учетом стоящих перед 
организацией задач, интенсивности и сложности сложившихся в организации информационных потоков, документооборота с учетом ее организационных и финансовых возможностей.

За период своего существования и развития все компании 

и организации проходят этапы организационных и структурных изменений. Данные процессы часто влекут за собой 
изменения 
в 
организационно-функциональной 
структуре 

компании, данные преобразования сопровождаются многочисленными обсуждениями, совещаниями, на которых сотрудники предлагают новые варианты будущей структуры 
подразделений и всей компании в целом. Основным в данном 
процессе является построение новой организационной диаграммы.

Организационная диаграмма – это схематическое представ
ление необходимых структурных подразделений организации 
с учетом взаимоподчинения. Выделим основные уровни представления организационных диаграмм, которые используются на практике:

1) уровень функциональных единиц – «верхний» уровень 

организации, где структурными элементами являются необходимые функциональные блоки; 

2) уровень организационных единиц – представляет под
разделения: управления, департаменты, отделы, офисы и т.п.;

3) уровень штатных единиц.

Процесс визуализации организационной структуры обычно 

не вызывает трудностей, поскольку древовидная иерархическая структура, как правило, интуитивно понятна и не требует дополнительных комментариев или пояснений.