Для чего используются модели потоков данных
Что такое DFD (диаграммы потоков данных)
В комментариях к одной из моих прошлых статей, посвященной IDEF0, один из пользователей высказал просьбу рассказать подробнее о том, что такое DFD. Понятие это несколько запутанное, многие мои клиенты также задают вопросы о потоках данных и стандартах построения диаграмм. А потому я решил эту статью посвятить DFD.
DFD — общепринятое сокращение от англ. data flow diagrams — диаграммы потоков данных. Так называется методология графического структурного анализа, описывающая внешние по отношению к системе источники и адресаты данных, логические функции, потоки данных и хранилища данных, к которым осуществляется доступ. Диаграмма потоков данных (data flow diagram, DFD) — один из основных инструментов структурного анализа и проектирования информационных систем, существовавших до широкого распространения UML. Википедия
По моему мнению, определение из русскоязычной Википедии, несколько перегружено информацией и, в результате, излишне сложно для понимания. Кроме того, лично я считаю, что DFD и UML — это разные инструменты, а потому некорректно утверждать, что DFD — это просто предшественник UML.
Для себя я вывел следующую формулировку:
DFD – это нотация, предназначенная для моделирования информационный систем с точки зрения хранения, обработки и передачи данных.
Зачем нужна нотация DFD?
Исторически синтаксис этой нотации применяется в двух вариантах — Йордана (Yourdon) и Гейна-Сарсона (Gane-Sarson). Различия между ними – в таблице ниже:
Сам я пользуюсь только одним из вариантов, по Гейну и Сарсону. Но когда я изучал материал перед написанием этой статьи, я увидел эту таблицу сравнения. Считаю, что она важна не столько для выбора варианта синтаксиса, он будет зависеть, скорее от выбора программного обеспечения для создания нотаций и ваших личных предпочтений, сколько как наглядная иллюстрация того факта, что в DFD нет жесткого синтаксиса, как, например, в BPMN. Здесь можно использовать разные варианты, главное, чтобы они были понятны вам и вашим клиентам. Нотации DFD — удобный инструмент для создания нерегламентированных диаграмм, которые можно сделать быстро и с максимумом свободы.
Применяется этот вид нотации в случае, когда требуется описание системы как хранилища данных. Т.е. нотация должна наглядно ответить на вопросы:
Как создавать нотации DFD
Давайте для примера рассмотрим нотацию автоматизации продаж. Допустим, у нас есть клиент, который делает заявку через сайт или по телефону. Есть менеджер, который регистрирует эту заявку. Таким образом, в системе появляются данные – клиент и его заказ. Работник склада должен это увидеть и произвести отгрузку товара с оформлением всех необходимых документов и передать документы клиенту.
Последовательность получается такая:
С точки зрения DFD у нас имеются:
И декомпозиция основного элемента нашей диаграммы:
Где используются DFD нотации
DFD-диаграммы активно применяются при разработке программного обеспечения. При этом:
Например, для выявления проблем документооборота, дублирования документов или, наоборот, недостающей документации или электронных данных в системе, очень удобно создать отдельно – описание бизнес-процесса, а потом к нему – DFD-нотацию. Либо наоборот, предварительно для понимания основ работы бизнеса и особенностей реализации документооборота создается DFD-нотация. Она помогает выявить, например, отсутствие в системе автоматизации важных документов, которые на самом деле создаются (на бумаге), но в системе никак не отображаются. А потом уже строится оптимизированный бизнес-процесс с учетом выявленных нюансов документооборота.
DFD нотации – это просто!
Я считаю, что DFD нотации – это действительно много проще, чем это кажется на первый взгляд. Главное, четко понимать ограничения построения этого типа диаграмм (отсутствие условий, времени и т.д.) и применять их там, где именно такой подход окажется удобнее. Возможно, вы найдете собственные варианты применения DFD, которые я выше не описал. В моем перечне присутствуют только те варианты, которые я использую на практике.
Что в DFD-нотациях особенно удобно, здесь не обязательно придерживаться строгих правил и синтаксиса, как, например, в BPMN. Эти нотации не будут исполнимыми, они нужны для понимания особенностей документооборота, структуры и последующей работы с данными. А потому, если ваша диаграмма понятна и вам, и заказчику, какие-то отступления от стандартов DFD вполне допустимы.
Рисовать диаграммы DFD можно, в принципе, где и как вам удобнее. Но если вы хотите работать с декомпозицией, выстраивать систему на разных уровнях детализации, то «рисовалки» (Visio, Paint и тому подобные) придется забыть. Вам потребуются специализированные программы для моделирования.
Лично я пользуюсь программой ERwin и всем ее рекомендую. Одна из причин моего выбора – это особенности декомпозиции. В ERwin, как и в некоторых других подобных системах, существует возможность декомпозирования DFD-процессов в формате IDEF3, т.е. основная диаграмма будет в формате DFD, и на самом общем уровне вы будете видеть основные потоки данных и «узлы» их обработки. А при декомпозиции вы сможете использовать уже процессный подход, что также бывает очень удобно для разработки крупных систем или работе с разными подразделениями бизнеса.
Вопросы и ответы
В чем разница между DFD и UML?
Существует язык создания нотаций UML, который также позиционирует себя как нотации, основанные на работе с данными. Но при этом UML — это уже язык программирования, здесь есть жесткий синтаксис, требования, но и возможностей для описания различных функций также много больше. DFD — это нотации, которые применяются более свободно, подходят, скорее, для планирования, изучения возможных вариантов решения, обсуждения с заказчиком и т.д.
Если вы — разработчик, и знаете UML, волне возможно, что даже какие-то предварительные решения вам будет удобнее создавать в этой нотации. А для бизнес-консультанта DFD всегда будет удобнее в качестве инструмента, так как бизнес-консультанту не требуется подробное описание функций с точки зрения автоматизации, это — задача технических специалистов. Зато время и силы DFD значительно экономит.
При этом не стоит рассматривать DFD как упрощенный вариант UML. Не смотря на схожесть в подходе, это — разные инструменты, предназначенные для разных целей.
Какое количество элементов может использоваться в DFD?
В отличие от систем с жестким синтаксисом и регламентом, в DFD нет ограничения по количеству элементов, которые могут находиться на одной диаграмме. Для сравнения: в IDEF0 количество таких элементов, дальше — только детализация (декомпозиция) или разные нотации.
С одной стороны, это большой плюс, так как отсутствие ограничений дает максимум свободы и комфорта при составлении нотации. С другой стороны, этой свободой злоупотреблять не рекомендуется. Помните, чем больше элементов у вас на диаграмме, тем сложнее ее читать.
Можно ли использовать нотации DFD для работы с клиентами?
В принципе, запретить это делать никто не может. Более того, в ограниченных количествах как иллюстрацию к каким-то вашим пояснениям такие нотации прекрасно подойдут и при обсуждении особенностей проекта с клиентом. Но все же, клиенты обычно слабо разбираются в вопросах автоматизации, структуре хранения данных, возможностях обработки и т.д. Это все находится в компетенции разработчиков. А нотации DFD строятся с учетом особенностей работы с данными, потому я все же рекомендую применять их преимущественно при обсуждении проекта специалистами, при создании технического описания и задания разработчикам, для повышения понимания именно разработчиками сути и особенностей проекта. Неподготовленному заказчику даже объяснить особенности DFD-нотаций может быть сложно.
Тема 8. Моделирование потоков данных
Тема 8. Моделирование потоков данных
Оглавление
Виды DFD нотаций.. 3
Структура DFD модели.. 4
Основные элементы DFD и их назначение. 6
Общие положения
Существует легенда о том, как появились DFD.
Пример DFD диаграммы показан на схеме (Рис. 87).
Рис. 87. Пример DFD диаграммы
Перед началом рассмотрения синтаксиса DFD следует отдельно отметить, что в отличие от SADT (IDEF0) DFD методологией не является. Другими словами DFD – это всего лишь набор общепринятых обозначений без жестких ограничений к способам моделирования и применения полученных моделей.
При проведении проекта создания ИС нотация DFD может использоваться в качестве основной нотации функционального моделирования, однако, часто она применяется как дополнительная по отношению к IDEF0 (Рис. 88).
Рис. 88. Применение DFD для дополнения IDEF0 модели
Диаграммы потоков данных используются для описания движения документов и обработки информации. В отличие от IDEF0, где система рассматривается как взаимосвязанные функциональные блоки, а дуги представляют собой жесткие взаимосвязи, стрелки в DFD показывают лишь то, как объекты (включая данные) движутся от одной работы к другой. DFD отражает функциональные зависимости значений, вычисляемых в системе, включая входные значения, выходные значения и внутренние хранилища данных.
DFD содержит процессы, которые преобразуют данные, потоки данных, которые переносят данные, активные объекты, которые производят и потребляют данные, и хранилища данных, которые пассивно хранят данные.
Если говорить о выразительной силе нотации и сравнивать DFD с IDEF0, можно сказать, что отсутствие таких понятий как управление и механизм резко сокращают потенциал DFD при анализе модели, выявлении «узких мест», поиске путей усовершенствования и т. д. Все это привело к тому, что DFD достаточно редко применяется как базовая нотация в проектах реинжиниринга бизнес-процессов, построения системы менеджмента качества и т. д.
Модель DFD
Виды DFD нотаций
Так как DFD не является стандартом, на настоящее время нет единой нотации со своими однозначно определенными примитивами. Для представления моделей применяются ряд различных нотаций DFD. Наибольшее распространение среди них получили нотации Гейна-Сарсона и Йодана/де Марко (Рис. 89). Помимо этих нотаций имеются и другие. Например, нотация применяемая в CA BPwin имеет свои особенности. 
Рис. 89. Наиболее распространенные нотации DFD
Несмотря на существование нескольких разных нотаций DFD все они отличаются только тем набором графических примитивов, которые используются для построения функциональных моделей.
Структура DFD модели
Иерархия DF диаграмм показана на схеме (Рис. 90).
Рис. 90. Иерархия DF-диаграмм
Первым шагом при построении иерархии DFD, также как и в SADT является построение контекстных диаграмм. Обычно при проектировании относительно простых ИС строится единственная контекстная диаграмма со звездообразной топологией, в центре которой находится так называемый главный процесс, соединенный с приемниками и источниками информации, посредством которых с системой взаимодействуют пользователи и другие внешние системы.
Если же для сложной системы ограничиться единственной контекстной диаграммой, то она будет содержать слишком большое количество источников и приемников информации, которые трудно расположить на листе бумаги нормального формата, и кроме того, единственный главный процесс не раскрывает структуры распределенной системы. Признаками сложности (в смысле контекста) могут быть:
– наличие большого количества внешних сущностей (десять и более);
– распределенная природа системы;
– многофункциональность системы с уже сложившейся или выявленной группировкой функций в отдельные подсистемы.
Для сложных ИС строится иерархия контекстных диаграмм. При этом контекстная диаграмма верхнего уровня содержит не единственный главный процесс, а набор подсистем, соединенных потоками данных. Контекстные диаграммы следующего уровня детализируют контекст и структуру подсистем.
Иерархия контекстных диаграмм определяет взаимодействие основных функциональных подсистем проектируемой ИС как между собой, так и с внешними входными и выходными потоками данных и внешними объектами (источниками и приемниками информации), с которыми взаимодействует ИС.
Разработка контекстных диаграмм решает проблему строгого определения функциональной структуры ИС на самой ранней стадии ее проектирования, что особенно важно для сложных многофункциональных систем, в разработке которых участвуют разные организации и коллективы разработчиков.
После построения контекстных диаграмм полученную модель следует проверить на полноту исходных данных об объектах системы и изолированность объектов (отсутствие информационных связей с другими объектами).
Для каждой подсистемы, присутствующей на контекстных диаграммах, выполняется ее детализация при помощи DFD. Каждый процесс на DFD, в свою очередь, может быть детализирован при помощи DFD или миниспецификации. При детализации должно выполняться правило балансировки. Суть этого правила сводится к тому, что при детализации подсистемы или процесса детализирующая диаграмма в качестве внешних источников/приемников данных может иметь только те компоненты (подсистемы, процессы, внешние сущности, накопители данных), с которыми имеет информационную связь детализируемая подсистема или процесс на родительской диаграмме;
Миниспецификация (описание логики процесса) должна формулировать его основные функции таким образом, чтобы в дальнейшем специалист, выполняющий реализацию проекта, смог выполнить их или разработать соответствующую программу.
Миниспецификация является конечной вершиной иерархии DFD. Решение о завершении детализации процесса и использовании миниспецификации принимается аналитиком исходя из следующих критериев:
– наличия у процесса относительно небольшого количества входных и выходных потоков данных (2-3 потока);
– возможности описания преобразования данных процессом в виде последовательного алгоритма;
– выполнения процессом единственной логической функции преобразования входной информации в выходную;
– возможности описания логики процесса при помощи миниспецификации небольшого объема (не более 20-30 строк).
При построении иерархии DFD переходить к детализации процессов следует только после определения содержания всех потоков и накопителей данных, которое описывается при помощи структур данных. Структуры данных конструируются из элементов данных и могут содержать альтернативы, условные вхождения и итерации. Условное вхождение означает, что данный компонент может отсутствовать в структуре. Альтернатива означает, что в структуру может входить один из перечисленных элементов. Итерация означает вхождение любого числа элементов в указанном диапазоне. Для каждого элемента данных может указываться его тип (непрерывные или дискретные данные). Для непрерывных данных может указываться единица измерения (кг, см и т. п.), диапазон значений, точность представления и форма физического кодирования. Для дискретных данных может указываться таблица допустимых значений.
После построения законченной модели системы ее необходимо верифицировать (проверить на полноту и согласованность). В полной модели все ее объекты (подсистемы, процессы, потоки данных) должны быть подробно описаны и детализированы. Выявленные недетализированные объекты следует детализировать, вернувшись на предыдущие шаги разработки. В согласованной модели для всех потоков данных и накопителей данных должно выполняться правило сохранения информации: все поступающие куда-либо данные должны быть считаны, а все считываемые данные должны быть записаны.
Основные элементы DFD и их назначение
Синтаксис DFD включает четыре основных элемента:
Рассмотрим эти элементы подробнее.
ОПР.: Поток данных соединяет выход объекта (или процесса) с входом другого объекта (или процесса). Он представляет промежуточные данные вычислений. Поток данных изображается в виде стрелки между производителем и потребителем данных, помеченной именами соответствующих данных. Упрощенно можно считать, что потоки данных являются механизмами, использующимися для моделирования передачи информации (или физических компонент) из одной части системы в другую.
Потоки на диаграммах изображаются стрелками (обычно именованными), ориентация которых указывает направление движения информации (Рис. 91).
Рис. 91. Поток данных
В отличие от дуг в IDEF0 потоки данных в DFD могут быть не только однонаправленными, но и двунаправленными.
ОПР.: Процесс преобразует значения данных.
Процессы представляют собой преобразование входных потоков данных в выходные в соответствии с определенным алгоритмом. В реальной жизни процесс может выполняться некоторым подразделением организации, выполняющим обработку входных документов и выпуск отчетов, отдельным сотрудником, программой, установленной на компьютере, специальным логическим устройством и тому подобное.
Назначение процесса состоит в продуцировании выходных потоков из входных в соответствии с действием, задаваемым именем процесса. Это имя должно содержать глагол в неопределенной форме с последующим дополнением (например, «выдать пропуск»). Кроме того, каждый процесс должен иметь уникальный номер для ссылок на него внутри диаграммы. Этот номер может использоваться совместно с номером диаграммы для получения уникального индекса процесса во всей модели.
Как уже говорилось ранее из-за отсутствия единого стандарта, объекты DFD могут иметь разное обозначение (Рис. 92).
Особо следует подчеркнуть, что в отличие от SADT, в DFD все стороны блока равнозначны (это очевидно, если посмотреть на обозначение процесса в нотации Йодана/де Марко). Другими словами, в отличие от IDEF0 диаграмм, в DFD диаграммах не используются стрелки управления для обозначения правил выполнения действия и стрелки механизмов для обозначения требуемых ресурсов.
Рис. 92. Обозначение процесса в разных нотациях DFD
Хранилища (накопители данных)
ОПР. 1: Накопители данных предназначены для изображения неких абстрактных устройств для хранения информации, которую можно туда в любой момент времени поместить или извлечь, безотносительно к их конкретной физической реализации. Накопители данных являются неким прообразом базы данных информационной системы организации.
ОПР. 2: ХРАНИЛИЩЕ (НАКОПИТЕЛЬ) ДАННЫХ позволяет на определенных участках определять данные, которые будут сохраняться в памяти между процессами. Фактически хранилище представляет «срезы» потоков данных во времени. Информация, которую оно содержит, может использоваться в любое время после ее определения, при этом данные могут выбираться в любом порядке. Имя хранилища должно идентифицировать его содержимое и быть существительным. В случае, когда поток данных входит или выходит в/из хранилища, и его структура соответствует структуре хранилища, он должен иметь то же самое имя, которое нет необходимости отражать на диаграмме.
На диаграмме хранилище обозначаются как показано на схеме (Рис. 93).
Рис. 93. Обозначение хранилища в разных нотациях DFD
Если проводить сравнение DFD c IDEF0, то выясняется, что прямого аналога хранилища в IDEF0 не предусмотрено. Когда речь идет о разработке программной системы и проектировании базы данных наличие хранилищ, которые при грамотном описании представляют собой по сути готовую ERD, является серьезным достоинством DFD.
Внешняя сущность (Терминатор)
ОПР. 1: ВНЕШНЯЯ СУЩНОСТЬ (или ТЕРМИНАТОР) представляет сущность вне контекста системы, являющуюся источником или приемником системных данных. Ее имя должно содержать существительное. Предполагается, что объекты, представленные такими узлами, не должны участвовать ни в какой обработке.
ОПР. 2: Под внешней сущностью (External Entity) понимается материальный объект, являющийся источником или приемником информации.
В качестве внешней сущности на DFD диаграмме могут выступать заказчики, поставщики, клиенты, склад, банк и другие.
На диаграмме внешние сущности отражаются как показано на схеме ().
Рис. 94. Обозначение внешней сущности в разных нотациях DFD
Пример использования внешних сущностей на контекстной диаграмме приведен ниже (Рис. 95). При декомпозиции внешние сущности должны переноситься на дочернюю диаграмму. В CA BPwin возможности автоматически переносить внешние сущности на дочернюю диаграмму не предусмотрено, поэтому эта операция должна выполняться вручную.
Рис. 95. Контекстная диаграмма в нотации DFD
Прямого аналога такому элементу как внешняя сущность, в SADT нет. Однако считать, что наличие этого элемента в DFD – преимущество нотации было бы неправильно, так как описание граничных дуг на контекстной диаграмме IDEF0 и применение цветовых схем позволяет решать проблему однозначной идентификации поставщика/клиента процесса и создавать модели без потери данных.
Пример использования всех рассмотренных элементов на DFD модели можно проиллюстрировать следующей диаграммой (Рис. 96).
Рис. 96. Пример DFD диаграммы
Выводы:
Как было показано в начале темы, DFD может рассматриваться в качестве основной нотации функционального моделирования при проектировании ИС. Учитывая то, что IDEF0 также является нотацией, обеспечивающей описание организационно-экономических и производственно-технологических систем, возникает проблема выбора нотации при проведении конкретного проекта автоматизации. Попробуем ответить на вопрос о том, в каком случае предпочтительным окажется DFD, а в каком IDEF0?
Как следует из проведенного краткого обзора сравниваемых нотаций, DFD имеет преимущество над IDEF0 в части представления на модели структур данных. Фактически, эта нотация позволяет уже на стадии функционального моделирования проектировать базу данных.
Серьезными недостатками DFD является то, что:
– во-первых, выразительная сила нотации DFD оказывается недостаточной при анализе модели, выявлении «узких мест», поиске путей усовершенствования и т. д.;
– во-вторых, DFD методологией не является, что приводит к возможности неоднозначной трактовки результатов моделирования.
Все это позволяет говорить о том, что применение DFD в качестве базовой нотации функционального моделирования оправдано в случае, когда речь идет о разработке самописной программной системы и предполагается автоматизация существующих бизнес-процессов без их оптимизации, то есть, когда речь идет о лоскутной автоматизации.
В случае комплексной автоматизации, когда основное значение приобретает не программирование, а поиск решений оптимизации бизнеса нотация DFD не выдерживает конкуренции с IDEF0 и может рассматриваться лишь как дополнительная.
Учитывая то, что тенденции IT-ранка однозначно показывают тупиковость пути «лоскутной автоматизации» и необходимость отхода от самописных систем, становится очевидным, почему в деятельности консалтинговых компаний резко сокращается применение нотации DFD и, наоборот, резко возрастает популярность IDEF0.
Зачем вам DFD-диаграммы или как описать движение потоков данных в бизнес-процессах
Рассмотрим еще одну нотацию моделирования, которая не часто используется для непосредственного описания бизнес-процессов, а потому редко применяется начинающими системными и бизнес-аналитиками. Читайте далее, что такое DFD-диаграмма, зачем она нужна и как ее использовать в проектах интеграции информационных систем и управления данными.
Что такое DFD-нотация и зачем она нужна
Хотя BPMN и EPC нотации позволяют отлично описать логику выполнения бизнес-процессов, о чем мы писали здесь и здесь, иногда требуется показать эту деятельность не с позиции совершаемых действий, а с точки зрения обрабатываемых данных. Иначе говоря, нужно ответить на вопросы, из каких источников данных приходят, как преобразуются и куда отправляются. Обычно такая задача возникает в проектах, связанных с управлением данными (Data Management) и интеграции информационных систем. Методы и способы интеграции ИС мы рассмотрим в другой раз, а пока сфокусируемся на описании движения потоков данных. Именно для этого и нужны DFD-диаграммы (Data Flow Diagram).
Подобно IDEF0, DFD-нотация относится к SADT-методологии и соответствует структурному подходу, поддерживая принципы декомпозиции, иерархической упорядоченности и смыслового разделения сущностей. Хотя DFD и не содержит логических операторов (XOR, AND, OR), которые мы разбирали здесь, а также имеет очень ограниченное число элементов, она отлично позволяет описать последовательность возникновения, изменения и преобразования данных через их движение между процессами и хранилищами. Существует 2 разновидности DFD-диаграмм (Гейна-Сарсона и Йордана-Де Марко), которые немного отличаются лишь обозначениями некоторых элементов.
Итак, DFD-диаграмма включает следующие компоненты:
Методы описания бизнес-процессов (IDEF, DFD, BPMN, EPC, UML)
Код курса
Ближайшая дата курса
Длительность обучения
8 ак.часов
Стоимость обучения
15 000 руб.
Правил для построения DFD-диаграмм совсем немного, и все они очень простые:
Чтобы показать реализацию этих правил на наглядном примере, далее рассмотрим уже упоминавшийся кейс нашей системы генерации промокодов после прохождения тестов, которые дают возможность оплатить курс со скидкой. Описание этой системы с помощью UML-диаграмм изложено в прошлой статье.
Как построить диаграмму движения потоков данных: практический пример
В конце лета наша Школа прикладного бизнес-анализа запустила маркетинговую акцию для частных клиентов, выдавая промокод на скидку по определенному курсу после прохождения тематического теста на сайте. Таким образом, всю последовательность действий по генерации промокода и его применению можно упрощенно представить следующим образом:
Таким образом, здесь можно выделить следующие хранилища данных:
Чтобы визуально выделить процессы, которые совершает пользователь, на диаграмме они отмечены голубым цветом. А хранилища данных, которые видны пользователю – желтым. Это не соответствует правилам DFD-нотации, но и не нарушает их: о цветовой маркировке блоков в первоисточниках ничего не сказано. Вообще прием с цветовым выделением некоторых блоков довольно удобен – я часто использую его на практике, чтобы облегчить читателю чтение диаграмм. В итоге для этого примера была составлена следующая DFD-диаграмма, показанная на рисунке ниже (контекстная диаграмма здесь не отображена).
Практический пример DFD-диаграммы (кликабельно, нажмите для увеличения)
В реализацию пошли не все описанные идеи этого кейса, но основные задумки реализованы. Проверить, как работает выдача промокодов на оплату наших курсов по бизнес-анализу со скидкой мы можете, выполнив любой открытый тест на нашем сайте бесплатно и без регистрации. А научиться самостоятельно разрабатывать DFD-диаграммы и освоить другие нотации моделирования бизнес-процессов вам помогут мои авторские курсы в Школе прикладного бизнес-анализа на базе нашего лицензированного учебного центра обучения и повышения квалификации системных и бизнес-аналитиков в Москве: