Компонентные описания: принципиальные схемы

 

У очень и очень многих стейкхолдеров в проекте есть интерес к тому, как система работает в ходе её эксплуатации.

Объяснить, как система работает, можно только тогда, когда мы объясняем назначение (функцию) каждой части системы и вклад этой части в достижение общего назначения системы, общего поведения системы в её операционном окружении.

Принципиальные схемы – это диаграммы, показывающие соединения компонент друг с другом и удобные для объяснения принципа функционирования системы (отвечающие на вопрос «как работает система» – как взаимодействуют между собой функциональные элементы, чтобы дать требуемую вовне функциональность системы в целом).

Вот несколько типичных примеров принципиальных схем:

 

 

 

 

В ходе работы системы компоненты взаимодействуют друг другом по соединениям  (connectors), которые проходят через порты (ports) компонент. В компонентных диаграммах (принципиальных схемах) компоненты обычно изображаются графическими элементами разной формы, а соединения – линиями между этими графическими элементами. Порт – это место присоединения соединительной линии к графическому элементу компоненты.

Компоненты физичны, они выбраны так, чтобы удобно было объяснять работу системы в ходе её эксплуатации/функционирования (run time, operations). Соединения – это логические/ролевые/функциональные связи, но в 4D всегда можно найти физический объект, которые своей темпоральной частью реализует эту связь, через которую компоненты взаимно влияют друг на друга.

Так, в электрической схеме совершенно необязательно иметь ровно такое же количество проводов, которое изображено на этой схеме. Но между реализующими компоненты модулями ток всё-таки должен иметь возможность течь, чтобы система работала. Но этот ток может течь по шасси, по ножкам элементов, спаянных друг с другом – проводов нет, но «провод» лишь один из вариантов реализации связи. Точно так же «труба» на гидравлической схеме будет только одним из способов реализации связи – модули могут быть соединены друг с другом непосредственно, фланец во фланец, без трубы, или вместо трубы жидкость может идти по какому-нибудь жёлобу, вариантов тут не счесть. Главное, что на схеме изображается то, что компоненты соединены друг с другом и можно отследить их взаимодействие.

Режимы работы какой-то системы обычно рассчитываются именно по компонентным, функциональным описаниям, они ведь привязаны ко времени работы системы, а не ко времени её создания. Мультифизическое моделирование делается именно для компонентных описаний: ищутся оптимальные характеристики компонентов для заданных режимов работы.

Иногда такие диаграммы дополняют ещё и диаграммами поведения компонент – процессными диаграммами, в которых объектами являются сами функции, называемые глаголами или отглагольными существительными – «переноска», «охлаждение», «освещение». Но процессные диаграммы встречаются реже компонентных «принципиальных схем» с функциональными объектами как элементами диаграммы, а не поведением функциональных элементов как на процессных диаграммах. Скажем, на процессной диаграмме может быть изображено поведение «повышение давления жидкости», а на принципиальной схеме будет «насос» («объект-повышатель давления», а не «процесс повышения давления»).

Конечно, нужно помнить, что разные описания «гибридны» – люди на схемах вполне могут уточнить, что функция повышения давления жидкости реализуется модулем-насосом, а не перепадом высот и модулем-жёлобом, или даже явно указать марку и технические характеристики оборудования, которое нужно закупить!

Основная проблема компонентных описаний: их обычно понимают только узкие специалисты, функциональное разбиение контринтуитивно. Но если вам задаётся вопрос о том, как именно работает система, то без какой-то хотя бы упрощённой принципиальной схемы вам не обойтись. Обязательно готовьтесь к таким вопросам: в конце концов системы делаются для того, чтобы они работали, и большинству людей интересно, как они работают – и только после разъяснений на эту тему с ними можно будет обсудить, как и из чего система сделана.

 

Модульные описания

 

Когда интерес стейкхолдера относится не ко времени работы системы, а ко времени построения системы – модульного синтеза, закупки модулей, сборки системы из модулей, то он обращается к модульным описаниям.

Модульные описания отвечают на вопрос «как сделана система» (ср. с компонентным «как работает система»), на модульных диаграммах показываются модули  (modules), соединяемые через интерфейсы (interfaces, буквально – «междумордия», «то, что между»).

Интерфейс обычно описывается каким-то стандартом, описывающим как свойства соединения, так и происходящее в ходе взаимодействия модулей через соединение. Интерфейсы модулей похожи на порты компонент в том плане, что это именно места присоединения, они не конструктивные элементы, они не занимают объёма в пространстве, хотя у них и может быть форма. Вилка и штепсель, гнездо и штеккер: интерфейс – это то, что между ними. А сама физическая вилка? Это интерфейсный модуль, главное назначение которого – обеспечить какой-то интерфейс. И у этого модуля два интерфейса: один целевой, а другой – присоединяющий его к какому-то модулю, для которого нужен целевой интерфейс. Вот пример такого интерфейсного модуля (который в просторечии называют USB-интерфейс, что неверно – у него есть ещё и сигнальный интерфейс к плате, и отдельный интерфейс к питанию и даже интерфейс к человеку: светодиод, который мигает, когда идёт передача данных и кнопка включения, а ещё есть механический интерфейс крепления к корпусу или другой плате):

 

 

А как же соединения, которые нужны для работы – все эти трубы, кабели, волноводы? Это тоже модули, и у них есть свои интерфейсы: они находятся между ними и теми модулями, которые они соединяют. Что проходит через эти интерфейсы и как оно связано с работой всей системы?! Неизвестно, ибо речь идёт о конструктивных единицах: функции тут не определить, для этого нужно выходить за пределы модульного описания. Единственное, что важно, это наличие соединения: монтажник должен убедиться, что соединение установлено, модуль сможет выполнять свой сервис.

Для интерфейсов известны правила, по которым устанавливается соединение через интерфейс, но неизвестно, что именно и зачем передаётся через этот интерфейс – это будет известным только из принципиальной схемы.

Например, принтер и компьютер связаны через USB интерфейс, но какая информация идёт принтеру, это интерфейсу неизвестно. Утюг к электросети подсоединён через интерфейс между евровилкой и евророзеткой, но этому интерфейсу неизвестно, какой через неё пойдёт ток и зачем. С другой стороны, известны предельные значения тока, который может пройти через этот интерфейс, равно как предельное количество информации, которое может пройти через USB-интерфейс. Задача модульного синтеза выбрать такие интерфейсы, которые смогли бы выдержать соединения, предусмотренные компонентной структурой системы.

Вот ещё пример модульного описания, в этом случае речь идёт просто о списке комплектующих, которые нужно купить для изготовления какой-то старинной версии iPhone (Рис. 4)

Обратите внимание, сколько тут упоминается разных стандартов: GPS, HSPDA, DDR, Bluetooth – перечисление интерфейсов обычно для модульных описаний. Ведь вся суть модулей – это замена реализации какой-то функции путём простой замены модуля на стандартном интерфейсе.

 

 

Вместо одного принтера через интерфейс USB к компьютеру можно подключить другой экземпляр принтера той же марки, или даже принтер другой марки, или не принтер, а какое-то другое устройство (скажем, сканер, или даже дополнительный дисплей) – без стандартизации интерфейса это было бы невозможно.