В текущей статье я определю следующие термины: объект, состояние, событие, операция, функция. Я расскажу о том, как можно представить себе их. В качестве мета-метамодели для моделирования мы возьмем теорию множеств, а не MOF. Почему именно ее? Потому что это единственный на сегодняшний день известный способ моделирования, который имеет математическую основу, границы применимости которого нам хорошо известны, достаточно широки и обоснованы.
Прошлые статьи вызвали оживленную дискуссию среди тех, кто использует для моделирования предметных областей инструменты ООП: языки ООП, нотацию UML. Несмотря на то, что я постоянно подчеркиваю, что объекты учета, о которых я веду речь, не моделируются средствами UML, и объясняю почему, тем не менее, вопрос об их моделировании методами ООП поднимается снова и снова. Наверно, мне надо еще раз рассказать, чем так плох ООП для моделирования предметных областей.
- ООП перепутало классы и типы. То, что называется типами у Аристотеля, в ООП назвали классами, а то, что математики называют классами, в ООП не имеет названия.
- В ООП есть термин наследование. Это инструмент моделирования иерархии тип-подтип. Это значит, что ООП построено на логике Аристотеля. Ограничения этой логики в применении к моделированию предметных областей известны и описаны в книге Business Objects: Re-Engineering for Re-Use, которую я упомянул в прошлой статье. В качестве примера такого ограничения можно представить себе моделирование высоты у объектов класса слон и объектов класса вагон. Эти два атрибута в ООП никак не связаны между собой, поэтому понять, что слон поместится в вагон можно только, обратившись к программисту, создавшему эти атрибуты. Можно было бы ввести специализированные атрибуты, например, высота помещения как специализированный атрибут высота объектов, но и этого также сделать невозможно.
- В ООП методы принадлежат объектам класса. Возникает вопрос — кто везет машину: колеса или двигатель? Корректным был бы другой вопрос: кто или что является участником операции? Метод необходимо отделить от класса, а трактовку степени участия нужно оставить читателю модели. Но даже, если в ИС смоделировать трактовку такого участия, она никак не повлияет на анализ данных, поскольку на практике нас совершенно не интересует кто и что делал, но интересует, кто, когда и где был занят и что произошло с ним, а это как раз и есть ответ на первый вопрос.
Помимо проблем, связанных с ООП, существует еще одна проблема, связанная с модным ныне процессным подходом. В процессном подходе процесс называют экземпляром процесса, а тип процессов, функцию и функциональную структуру – процессом. Если ООП перепутало класс объектов с типом объектов, то процессный подход в одном флаконе смешал тип объектов и объекты, назвав одним словом разные по своей природе объекты. Я не знаю, как программисты выживают в этой терминологической каше, но, судя по тому, что я читаю, они стараются игнорировать эту проблему.
Решение по крайней мере части этих проблем предоставляют методики онтологического моделирования, в частности – технологии семантической сети, semantic web. Несмотря на неудачное название и сложную судьбу, они предоставляют куда лучший инструментарий для воплощения в электронной форме моделей частей реального мира, чем ООП или распространенные нотации моделирования бизнес-процессов. Познакомиться с особенностями этих технологий можно здесь.
Особое внимание стоит обратить на то, что с помощью этих технологий можно достаточно просто моделировать различные точки зрения на разные объекты, отражая и то общее, в чем согласны несколько субъектов, и частные взгляды каждого из них. Можно даже выражать в модели факты, противоречащие друг другу (с точки зрения разных людей), и получать логические выводы с учетом этих противоречий. С примером использования инструментария онтологий для работы с такими знаниями можно познакомиться здесь.
Рассмотрим моделирование объекта. Принято считать, что объект в пространстве имеет ясно выраженные границы. Однако, нам надо привыкнуть к тому, что не все объекты учета имеют такие границы. Например, операция. Представьте себе шарик с газом. Его пространственные границы ясны и понятны – это стенки шарика. Допустим, что шарик лопнул и газ, заключенный в нем, стал расширяться. После этого мы не можем точно описать поверхность, которая ограничивает объем области, в котором находится распространяющийся газ, но можем описать границы, за которые этот газ точно не вышел (пока не вышел). Точно также мы не можем описать точные границы операции, но очень легко можем описать те границы, за которые операция не выходит. Например, операция по точению болта на выходит за пределы цеха. Таким образом, мы можем сказать, что операция происходит (находится) в цехе. Кроме того, принято считать объект плотным объектом, который не может одновременно пересекаться с другими объектами. Однако, про операцию так сказать не получится. Две операции могут происходить в одном цехе одновременно. Если продолжить сравнение с шариком, то после того, как шарик лопнул, распространяющийся газ стал занимать объем, пересекающийся с другими газами. Про операцию можно сказать, во сколько она началась и во сколько она закончилась. Это – описание границ объекта во времени. Точно также можно обозначить временные границы не только операции, но и любого объекта. Например, болт существует с 1-го сентября 2016 года по 23 ноября 2017 года, когда он был переплавлен.
Для описания границ болта мы используем термины: в пространстве: где находится? Во времени: когда существует? Для описания границ операции мы используем термины: в пространстве: где произошло? Во времени: когда произошло? Нам непривычно было бы спросить про болт: произошел когда? А про операцию: существует где? Проблема в языке. Один и тот же вопрос для разных типов объектов учета формулируется по-разному. Это еще одна причина, по которой нам сложно представить себе операцию как 4-х мерный объект.
Поэтому для моделирования 4-х мерного объекта надо отделить описание его границ в 4-мерном пространстве-времени от трактовки этого описания. В дальнейших рассуждениях я расскажу, какие приемы мы используем для моделирования 4-х мерных объектов и с какими трактовками связаны эти способы описания.
Для описания объекта строятся границы, которые ограничивают моделируемый объект. Если не загоняться на тему математических извратов, то границей 4-х мерного объекта будет 3-х мерный объект. Знать эту 3-х мерного границу хочется максимально точно. Например, если сказать, что молоток (4-х мерный объект) находится на складе с 1-го декабря 2016 года по 1-го марта 2017, — это будет плохая модель молотка. Хочется знать про молоток немного больше. Например, можно задать точные координаты куба, в котором он находится. Точные границы куба могли бы выглядеть так: по оси X: с 10 до 20 см, по оси Y: с 30 до 35 см, по оси Z: с 120 по 135 см, по оси времени с 1-го декабря 2016 года по 1-го марта 2017 года. Теперь возьмем 4-х мерный объект, трактуемый как операция. Описание этого 4-х мерного объекта выглядит также, как и описание 4-х мерного объекта, трактуемого как молоток. Для этого 3-граница описывается при помощи места, где происходит происшествие, времени начала и времени завершения операции. Пока ничто не отличает описание операции от описания молотка. Что реально отличает операцию от молотка – так это наше представление о нем. Молоток в нашем представлении – плотный объект, не меняющий свою форму во времени. Операция же наоборот – рыхлая по составу и не имеющая постоянной выраженной формы. Но это знание не содержится в модели, а содержится в тех договоренностях, которые сопровождают эти модели. Чтобы подчеркнуть разницу между молотком и операцией используется языковые паттерны: операция происходит, молоток существует. Эти паттерны подчеркивают неизменность молотка и переменчивость операции.
Предположим, что мы изучаем молоток и движемся по его ручке. При таком движении фактура поверхности не меняется. Чтобы представить себе аналог такого движения по оси времени, надо понять, что поверхность 4-х мерного объекта при движении по оси времени описывается состояниями. Это значит, что, для проведения аналогии, необходимо, чтобы движение по оси времени не меняло состояние объекта учета. Например, молоток лежит на столе и им никто не пользуется. Состояние молотка не меняется.
Теперь представим, что ручка молотка покрашена краской и эта краска градиентная от красного до синего. Двигаясь по ручке, мы наблюдаем небольшие изменения в цвете. Аналогом такого движения по времени будет наблюдение смены состояний объекта, каждое из которых (состояний) ничтожно мало отличается от соседнего по времени состояния. Примером такой смены состояний может быть движение материального молотка в пространстве. Состояние тела меняется непрерывно и плавно. При этом изменения, накопленные за конечное время, могут быть достаточно сильными для их диагностики и наблюдения. Такое изменение за конечное время называется операцией.
Теперь представим, что, двигаясь вдоль по ручке молотка, мы наткнулись на боек. Это – скачкообразное изменение фактуры поверхности. Аналогом такого скачка при движении вдоль оси времени будет резкая смена состояния объекта учета, или событие. Если рассматривать движение молотка в пространстве, то это был бы неожиданный скачек его положения в пространстве. Для материального тела представить это сложно, потому что оно имеет инерцию, препятствующую такому скачку. Однако, если рассматривать классическую бизнес-операцию, то это событие могло быть поглощением ресурсов в операции, интеграцией двух функциональных объектов в один: токарь встал на рабочее место, выпуском продукции. Так или иначе, событие — это изменение состояния объекта учета за столь короткое время, что наблюдатель считает это время равным нулю. Понятно, что другой наблюдатель может более внимательно подойти к изучению состояний и найти, что изменения произошли не мгновенно, а постепенно. Поэтому событие – это субъективное восприятие изменения состояния объекта. Очень часто можно услышать, что объекты являются частью объективной реальности, модель которой мы строим. Однако, как мы недавно видели, сами объекты – это тоже субъективное представление некоторого 4-объема в 4-пространстве. Поэтому, что объекты, что события, что операции – это модели реальности, — результат субъективного восприятия.
Коль скоро мы определили объект как модель 4-объема в 4-пространстве, мы можем определить, что такое тип объектов. Допустим, что есть множество моделей 4-объемов, или множество объектов. Эти модели хранятся у субъекта в сознании. Если эти модели похожи друг на друга, то субъект может создать модель этих моделей. Эта модель также хранится в сознании субъекта. Эта модель моделей и есть тип объектов. Модель моделей – это второй уровень абстракции. Первым уровнем абстракции были модели 4-пространств, которые мы называем объектами.
Для моделирования 4-х мерного объектов через моделирование их поверхности требуется большой объем данных. Есть способы сократить этот объем, сделав определенные допущения.
Например, для описания операции можно сделать допущение, что в операции все события по поглощению ресурсов и интеграции функциональных объектов происходят в момент начала операции, а выпуск готового продукта – по окончанию операции. Понятно, что в общем это неверно, однако, такой способ описания позволяет все события свести либо к началу операции, либо к ее завершению.
Допустим, что требуется смоделировать болт, резьба которого имеет много витков. Для его моделирования достаточно указать шаг и длину резьбы. Это значит, что, если поверхность можно разделить на элементы, каждый из которых похож друг на друга, то для моделей всех этих элементов можно сделать одну модель (тип витка). Если затем указать количество этих элементов и способ их стыковки, то количество информации, необходимой для моделирования такой поверхности можно сильно сократить. Такое описание позволяет сократить объем модели посредством классификации элементов поверхности.
Если требуется смоделировать операцию, в которой события по выпуску веников, как витки резьбы у болта, следуют регулярно (но теперь уже не в пространстве, а во времени), то можно создать одну модель для всех этих событий (тип событий) и указать время, в течении которого выпускались веники. Это позволяет сократить объем модели операции посредством классификации событий.
Теперь допустим, что моделируется резьба, длина которой в рамках рассматриваемой модели заведомо неизвестна, но больше, чем моделируемая область. Этакая длинная бесконечная резьба. Для ее моделирования мы можем также создать модель моделей витков (тип витков), но указать их количество мы не можем, потому что их количество в рамках нашей модели бесконечно. Единственное, что мы можем сказать – это шаг резьбы, или количество витков на единицу длины. Таким образом, описанием такой бесконечной резьбы будет тип витков.
Аналогом описания бесконечной резьбы, при котором повторяются не геометрические объекты в пространстве, а события во времени, является описание, в котором через определенные промежутки времени случаются похожие события, например, выпускается очередной веник. Поскольку мы не знаем количество таких событий, можно сказать лишь об их частоте: например, один веник в час. Такое описание объекта соответствует описанию бизнес-функции, и говорят, что это функция по выпуску веников. То есть, описанием функции будет тип событий.
Мы подошли к моему определению понятия бизнес-функция. Бизнес-функция – это 4-х мерный объект, который имеет описание в виде набора типов событий с указанием плотности этих событий во времени (в вырожденном случае может содержать всего один тип, например, тип событий по выпуску веников). Замечу, что это определение сильно отличается о общепринятого, в котором функция определена как преобразование входных потоков в выходные. Но здесь нет никакого противоречия. Просто обычное определение функции является частным случаем моего. Все дело в том, что каждому множеству однотипных событий (классу событий), которые моделируют функцию, можно приписать поток материальных объектов учета. И тогда каждому типу событий можно будет приписать поток объектов и направление этого потока. Однако, такое понимание функции страдает тем же, что и описание операции при помощи акторов, совершающих действие. Это – невозможность посмотреть на модель с другой точки зрения. Если в моем определении каждому типу событий аналитик может приписать свои только ему необходимые объекты учета, то в классической модели сделать это не удастся. А это, в свою очередь, не позволит построить модель с учетом требований Трейсабилити. Кроме того, моделируя типы событий, я вообще не привязан к моделированию потоков. Бывают случаи, когда описать поток объектов невозможно, потому что трудно найти объекты учета, которые приходят, или покидают функцию. Например, если моделируется функция удержания вращающегося мячика на пальце клоуна, то смоделировать поток объектов в такой функции невозможно – ничто не покидает систему «клоун-шар» и ничто туда не втекает, а функция – вот она! Правда в системе «клоун-шар» события, которые происходят, носят не дискретный характер, а непрерывный.
Для понимания, что такое непрерывный поток событий, обратимся к электромотору. С одной стороны, электромотор легко представить себе в виде объекта. Очень часто так и делается. Если не нужно моделировать движение вала электромотора, аналитик просто пишет: электромотор такой-то. Это моделирование 4-х мерного объекта в виде 3-х мерного объекта. С другой стороны, можно попытаться смоделировать вращение вала электромотора. Вал электромотора вращается равномерно. Каждое положение вала в любой момент времени – это состояние. Все подобные состояния являются однотипными. Количество таких состояний зависит от дискреты, с которой производится замер. Это может быть дискрета временная, а может – угловая. Для целей моделирования удобно взять угловую дискрету, то есть, считать однотипными такие состояния, которые совпадают с поворотом вала на определенный угол, например, один оборот. Тогда плотность таких состояний на оси времени – количество оборотов в минуту, будет говорить о скорости вращения вала. Таким образом, вращающийся шар на пальце у клоуна будет описываться угловой скоростью вращения этого шара. Плотность состояний, распределенных по оси времени, говорит нам о скорости, с которой происходят переходы из одного однотипного состояния в другое. Там, где человеческое сознание сталкивается с огромным множеством однотипных состояний, аналитик вынужден переходить от моделирования состояний к моделированию плотности состояний, а это и есть описание объекта в виде функции. В случае с вращением вала электродвигателя – это функция вращения вала.
Замечу, что 4-х мерный объект может быть одновременно смоделирован:
- Как 3-объект – мотор.
- Как функция вращения вала.
Что в очередной раз подтверждает тезис о том, что объекты учета – это модели реальности, а не реальность. Однако, возможность моделировать 4-х мерный объект как функцию и объект одновременно – это не случайность. Это, как если бы мы смотрели на поток воды и видели сначала проплывающие мимо щепки, а потом глаза перестали бы различать отдельные щепки, но стали бы воспринимать их поток. Происходит это потому что сознание человека не способно перерабатывать большой объем информации и переходит от восприятия объектов к восприятию потока объектов. Этот переход и означает переход от восприятия 4-х мерного объекта как динамической системы к восприятию ее как статического объекта. Поэтому функция — это статический объект, порождающий однотипные события.
В следующей статье мы рассмотрим отношения «часть-целое» между 4-х мерными объектами и расскажу, какие понятия это позволит нам определить.
Автор: maxstroy
