Kuvausmalli: IDEF5. 1 Käyttötarkoitus. Alkuperä [2] Lähteet

Transkriptio

1 Kuvausmalli: IDEF5 Alkuperä [2] Lähteet [1] Knowledge Based Systems, Inc IDEF5 Overview. www-sivu, [2] Benjamin P.C., Menzel C.P., Mayer, R.J., Fillion F., Futrell M.T., dewitte, P.S. & Lingineni M Information Integration for Concurrent Engineering (IICE) - IDEF5 Method Report. Tekninen raportti, Knowledge Based Systems, Inc, [3] Noran O.S Business Modelling: UML vs. IDEF. Tekninen raportti, School of Computing and Information Technology, Griffith University. Mallintaja Miika Nurminen <minurmin@jyu.fi>, Tila Hyväksytty (ML) 1 Käyttötarkoitus IDEF5 on ontologian suunnittelu- ja kehitysmenetelmä, joka on tarkoitettu erityisesti sovellusaluekohtaisten ja suppeampien ontologioiden mallintamiseen (vastakohtana esim. CYC:n kaltaisille yleiskäyttöisille ontologioille). Menetelmä osa IDEF (Integration DEFinition) - kieliperhettä ja muistuttaa jonkin verran IDEF1 ja IDEF1X-mallinnuskieliä, mutta on alusta alkaen suunniteltu ontologian kuvaamiseen ja on siten ilmaisuvoimaisempi. IDEF5-kehitysprosessi sisältää seuraavat osittain päällekkäiset ja iteratiiviset vaiheet: Organisointi ja rajaus Datan kerääminen Data-analyysi Alustava ontologian kehitys Ontologian tarkennus ja validointi IDEF5 sisältää kaksi osakieltä: kaaviokielen (schematic language) ja toteutuskielen (elaboration language). Näistä ensimmäinen on graafinen kieli ja tarkoituksellisesti ilmaisuvoimaltaan rajoitettu, jotta ontologian luonnostelu sovellusalueen asiantuntijoiden kanssa helpottuu. Jälkimmäinen kieli on KIF:iin (Knowledge Interchange Format) perustuva formaali tietämyksen esittämiskieli, joka vastaa ilmaisuvoimaltaan ensimmäisen asteen predikaattilogiikkaa laajennettuna modaalilogiikalla ja joukko-opilla. Lisäksi IDEF5 sisältää esimääritellyn ja laajennettavan suhdekirjaston, joka sisältää yleiskäyttöisiä suhdetyyppejä. ssä rajoitutaan käsittelemään vain kaaviokieltä ja sivutaan suhdekirjastoa lyhyesti.

2 2 Käsitteitä Käsitelista on pääosin osajoukko IDEF5-määrityksen sanastosta. Kaikki käsitteet eivät ole siirrettävissä metamalliin, mutta ovat muuten relevantteja menetelmän ymmärtämisen kannalta. Joihinkin käsitteisiin on lisätty intuitiivista vertailua olio-ohjelmoinnin vastaaviin käsitteisiin. Kaavio (Schematic). IDEF5-kaaviokielen sanaston elementeistä muodostettu kaavio, joka noudattaa kielen syntaktisia ohjeita. Kaavioita voidaan luokitella niissä esiintyvien elementtien mukaan seuraavasti: o 1. asteen kaavio (First-Order Schematic). Joko 1. asteen peruskaavio tai tulos yhdistettäessä tietyn 1. asteen kaaviossa oleva lajisymboli toiseen lajisymboliin 1. asteen suhdesymbolilla. 1. asteen peruskaavio (Basic First-Order Schematic). Joko eksistentiaalinen kaavio tai n-paikkainen 1. asteen kaavio. Eksistentiaalinen kaavio (Existential Schematics). Yhdestä yksilöstä, lajista tai suhdesymbolista koostuva kaavio. Mahdollistavat sovellusalueen asiantuntijan dokumentoivan yksittäisten sovellusalueen olioiden läpikäynnin ottamatta kantaa, mitä suhteita muihin olioihin niillä on. N-paikkainen 1. asteen kaavio (n-place First Order Schematic). Kun n 1; kaavio, joka koostuu n:stä laji- ja yksilösymbolista, joita yhdistää yksi n-paikkainen 1. asteen suhdesymboli. 1. asteen koostekaavio. (Composition Schematic). Kaavio, joka esittää part-of suhteen sovellusalueen eri lajien instanssien välillä. 1. asteen yhdistelmäkaavio (Complex First- Order Schematic). Mikä tahansa 1. asteen kaavio pl. 1. asteen peruskaavio. o 2. asteen kaavio (Second-Order Schematic). Kaavio, jossa on vähintään yksi 2. asteen suhdesymboli. 2. asteen peruskaavio (Basic Second-Order Schematic). Kaavio, jossa on joko kaksi lajisymbolia, kaksi suhdesymbolia tai 2. asteen suhdesymbolin yhdistämät laji- ja suhdesymboli. Suhdekaavio (Relation Schematic). 1. asteen suhdesymboleista ja niitä liittävistä 2. asteen suhdesymboleista koostuva kaavio. Luokittelukaavio (Classification Schematic). Kaavio, joka esittää subkind-ofsuhteen sovellusalueen eri lajien välillä. o Olio-tilakaavio (Object-State Schematic). Perusrakenne IDEF5:n prosessilajien kuvaamiseen. Tilakoostekaavio (State Composition Schematic). 1. asteen yhdistelmäkaavio, jolla esitetään, kuinka tietyn lajin oliot voidaan muuntaa toiseen tilaan tai lajiin useiden tilasiirtymien yhdistelminä. Tilaluokittelukaavio (State Classification Schematics). Lajin suhdetta sen mahdollisiin tiloihin kuvaava kaavio. Laji (Kind). Ryhmä yksilöitä, joilla on joukko samoja ominaispiirteitä (myös lajin käsitettä voidaan pitää ominaisuutena). Lajit ovat tyypillisesti yleisnimillä ilmaistavia ominaisuuksia (työntekijä, kone). Laji on olio-ohjelmoinnin luokkaa yleisempi käsite, koska lajiin kuuluvat ominaispiirteet ja lajiin kuuluvuus voidaan määritellä joustavammin kuin luokilla. o Oliotila (Object State). Nimestään huolimatta laji, johon on merkitty lisätietona tila, jota se edustaa.

3 o Prosessilaji (Process Kind). Jos tietyt prosessit jakavat samoja yleisiä piirteitä, ne ovat saman prosessilajin instansseja. Esim. tietyn esineen valmistukseen tietyssä yrityksessä liittyvän prosessin piirteet muodostavat prosessilajin. Liittymä (Junction). Useita tilasiirtymiä yhteen kokoava mallinnuselementti. Vaihtoehtoina disjunktio (O) (yksi tai useampia siirtymiä sallitaan liittymästä eteenpäin), poissulkeva disjunktio (vain yksi siirtymä sallitaan) tai konjunktio (&) (kaikki siirtymät vaaditaan). Olio (Object). Mitä tahansa, mihin sovellusalueelta voidaan viitata esim. konkreettiset ja abstraktit asiat, lajit ominaisuudet ja suhteet. Huom. yleisempi merkitys kuin olioohjelmoinnin olioilla (poislukien tietyt oliokielet, joissa kaikki ovat olioita). o Yksilö, 1. asteen olio (Individual, first order object). Todellisen maailman (konkreettinen tai abstrakti) olio. Esim. ihmiset, fyysiset esineet ja tietyt abstraktit oliot, kuten ohjelmat. Toisin kuin ominaisuuksien ja suhteiden tyyliset, loogisesti korkeamman tason oliot, yksilöt ovat ainutkertaisia. Vastaa olio-ohjelmoinnin oliota. Ominaispiirre (Characteristic). Olion erottava piirre. Yleisnimitys attribuuteille ja ominaisuuksille. o Attribuutti (Attribute). Funktio (kuvaus) tietyltä yksilöjoukolta tiettyyn arvoon. Esim. color-of attribuutti liittää olioon värin. o Ominaisuus (Property). Abstrakti, yleinen tiettyn olioon liittyvä piirre (ei välttämättä funktio). Useammat oliot voivat jakaa samoja ominaisuuksia (=ominaisuustyyppejä). 1. asteen ominaisuus (First-Order property). Ominaisuus, joka pätee vain yksilöille. 2. asteen ominaisuus (Second-Order property). Ominaisuus, joka pätee vain lajeille tai muille ensimmäisen asteen ominaisuuksille ja suhteille. Ei-määrittelevä ominaisuus (Non-defining property). Ominaisuus, joka voi olla tärkeä tietyn lajin kuvaamisessa, mutta jota ei käytetä sen määrittelyyn. Määrittelevä ominaisuus (Defining property). Ominaisuus, joka kuuluu tiettyyn lajiin kuulumiseen määrittävien ominaisuuksien joukkoon. Olennainen ominaisuus (Essential property). Ominaisuus, joka tietyllä on välttämättä. Satunnainen ominaisuus (Accidental/nonessential property). Tietyllä yksilöllä oleva ominaisuus, joka siltä voisi teoriassa puuttua ilman että yksilö muuttuisi olennaisesti. Ontologia (Ontology). Sovellusalueen sanasto, johon yhdistetty tarkat määritelmät (aksioomat), jotka rajoittavat termien merkityksiä ja mahdollistavat termejä käyttävän datan täsmällisen tulkinnan. Prosessi (Process). Tosielämän tapahtuma tai asiain tila, jossa mukana yksi tai useampia yksilöitä tietyllä (mahdollisesti välittömällä) aikavälillä. Tyypillisesti prosessiin liittyy jonkinlainen muutos yhden tai useamman prosessiin liittyvien yksilöiden ominaisuuksissa. Koska prosessi -termi on moniselitteinen, viitataan joskus nimellä prosessi-instanssi. Sovellusalue (Domain). Tutkittava kohdealue, esim. puolijohteet tai abstrakti algebra. Sovellusalueella on oma sanastonsa sillä esiintyvien olioiden ja prosessien ominaispiirteiden kuvaamiseen. Suhde (Relation). Abstrakti, yleinen suhde tai liitos kahden tai useamman olion välillä. Kuten ominaisuuksilla, samalla suhteella voi olla monta instanssia. Oliot, joiden välillä suhde pätee tietyssä instanssissa, ovat suhteen argumentteja. o 1. asteen suhde (First-Order relation). Suhde, joka voi olla vain yksilöiden välillä. o 2. asteen suhde (Second-Order relation). Suhde, jonka vähintään toinen argumentti on laji, ominaisuus tai 1. asteen suhde. Esim. lajien välinen subkind-of tai lajin ja 1. asteen olion välillä vallitseva instance-of.

4 Tilasiirtymä (State Transition). Prosessissa esiintyvä suhde, jonka aikana viitatun olion tila tai laji muuttuu. Jos halutaan korostaa, että olio pysyy olennaisesti samana ennen ja jälkeen tilasiirtymän, voidaan käyttää vahvaa tilasiirtymäsymbolia. Jos tilasiirtymä on välitön, tämä voidaan merkitä omalla symbolillaan tilasiirtymänuoleen. Suhdekirjasto (Relation Library). Kokoelma yleisiä, esimääriteltyjä ja aksiomatisoituja suhteita, joita voidaan käyttää IDEF5-kuvauksissa. Kirjasto on laajennettavissa. Sisältää suhteita seuraavilta alueilta: o Luokittelusuhteet (Classification Relations). Is-a-tyyppisiä lajien ja/tai olioiden luokittelussa käytettäviä suhteita. o Meronyymiset suhteet (Meronymic Relations). Part-of tyylisiä osiin ja kokonaisuuksiin liittyviä suhteita. o Temporaaliset suhteet (Temporal Relations). Ajankohtiin tai aikaväleihin liittyviä suhteita (esim. before, during, overlaps, meets, starts, finishes). o Spatiaaliset suhteet (Spatial Relations). Paikkoihin ja sijainteihin liittyviä suhteita (esim. left of, above, contiguous with). o Vaikutussuhteet (Influence Relations). Ilmaisevat tietyn olion vaikutusta toiseen olioon. o Riippuvuussuhteet (Dependency Relations). Ilmaisevat tietyn olion riippuvuutta toisesta (esim. depends-on-existentially, depends-on-causally). o Semanttiset roolit (Case Relations). Erilaisia asiain tiloja kuvaavat rakenteet, jotka tarkentavat lauseen merkitystä. (Agent-Action, Agent-Instrument, Agent-Object, Action-Recipient, Action-Instrument) Termi (Term) määräävä kuvaaja, joka viittaa olioon tai tilanteeseen todellisessa maailmassa. Tila (State) Yleensä adjektiivilla ilmaistava ominaisuus, joka tiettyä lajia olevilla olioilla on tietyssä vaiheessa prosessia. Esim. vesi voi olla kiintessä, nestemäisessä tai kaasumaisessa olomuodossa. Viite (Referent). IDEF5-toteutuskielen rakenne, joka viittaa lajiin, olioon, ominaisuuteen, suhteeseen tai prosessilajiin toisessa ontologiassa tai IDEF5-mallissa.

5 3 Metamalli Metamallissa on kuvattu käsitteet, jotka esiintyvät IDEF5-kaaviokielessä. Toteutuskielen yksityiskohdat ja mallinnusprosessiin liittyvät käsitteet sivuutetaan. Tilasyistä metamalli ei ole täysin täsmällinen, esim. 1. ja 2. asteen suhteita ja ominaisuuksia ei eksplisiittisesti erotella. Toisaalta kieleen esimääritellyt suhteet part-of, instance-of, subkind-of sekä tilasiirtymät on merkitty näistä ensimmäinen on 1. asteen suhde, muut toisen asteen suhteita. Tilasiirtymä on edelleen erikoistettu tavallisesta suhteesta niin, että se viittaa oliotiloihin, jotka termistä huolimatta ovat lajeja, joissa tilatieto on mukana. Kuva 1. IDEF-metamalli.

6 4 Notaatio Kuvassa on esitetty IDEF5-kaaviokielen symbolit. Kielessä on lisäksi joitakin määriteltyjä käsitteitä, joille ei ole erillistä symbolia (esim. instance-of ja muut suhdekirjastossa määritellyt suhteet). Lajien ja yksilöiden symbolit, viitteet Suhde- ja tilasiirtymäsymbolit Prosessi- ja liitossymbolit, liittymät Lajien symbolit Lajin N-paikkaiset ensimmäisen asteen suhdesymbolit Suhteen Prosessisymbolit Prosessin Yksilöiden symbolit Yksilön Vaihtoehtoiset 2-paikkaiset ensimmäisen asteen suhdesymbolit Suhteen 2-paikkaiset toisen asteen suhdesymbolit Suhteen Liitossymbolit Tilasiirtymäsymbolit Heikko siirtymänuoli Viitteet ID Menetelmän nimi Viitatun käsitteen Vahva siirtymänuoli Välitön siirtymämerkki Liitttymät Kuva 2. IDEF5-symbolit [2]. Lajeja voidaan käyttöliittymässä koostaa yhteen (piilottaa) ympäröimällä laji tuplaympyrällä.

7 5 Esimerkit IDEF5 koostuu lukuisista eri alikaavioista, kuten laji- tai yksilötasoiset luokittelut, koosteet ja tilakaaviot. Näistä kaikkia ei ole mielekästä yhdistää samaan kaavioon staattisen ja dynaamisen tiedon sekoittumisen vuoksi, joten käydään läpi useita lyhyempiä esimerkkejä niin, että keskeisimmät mallinnuselementit saadaan katettua. Kuva 3. Lausetta a manpower planner develops a manpower plan in which resources are allocated to perform the required activities kuvaava 1. asteen kaavio [2]. Kuva 4. Projektin aktiviteetteja kuvaava koostekaavio [2]. Kuva 5. Auton ja tuotantoketjun osia kuvaava yhdistelmäkaavio, jossa 3-paikkainen Shipped-to-from suhde ja tuotantopaikkaa edustava yksilö [2].

8 Kuva 6. Part-of -suhteen erikoistumia havainnollistava 2. asteen suhdekaavio [2]. Kuva 7. Erityyppisiä resursseja kuvaava 2. asteen yhdistelmäkaavio, jossa luokituksia, yksilöitä ja piilotettuja lajeja [2]. Kuva 8. Vahva (=vesi ei olennaisilta osiltaan muutu höyrystyessä) tilasiirtymä [2].

9 Kuva 9. Esimerkki välittömästä tilasiirtymästä, jossa prosessi (automaattisesti rajoitettu leikkurin liike) muuttuu siirtymän yhteydessä [2]. Kuva 10. Kuulakärkikynän kokoamisprosessia kuvaava tilakoostekaavio, jossa liittymillä yhdistettyjä tiloja ja heikkoja tilasiirtymiä [2].