情報連携を実現するモデルベース手法のためのUML/SysMLについて

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1 情報連携を実現するモデルベース手法のための UML/SysML について オージス総研米野巌視

2 かんたんな自己紹介 オージス総研について 大阪ガス株式会社の100% 出資の情報子会社 主に情報システムの構築 運用サービスを提供 1990 年代よりオブジェクト指向の普及に力を入れる 私について 1995 年頃より 主に金融や通信など情報システムを対象に オブジェクト指向のソフトウェア開発や教育に従事 2005 年頃より 車載システムや自動搬送システムなど 組み込みシステムが対象のオブジェクト指向開発に従事 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 2

3 本日の内容 なぜモデルベースか モデルベース手法による情報連携の実現の利点を簡単にまとめる UML と SysML UML と SysML について 情報を定義するのに必要な部分に絞って説明する 課題と展望 モデルベース手法による情報連携の実現の課題と展望について簡単にまとめる 本資料に示す UML および SysML のモデルは すべて説明のために作成したサンプルです Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 3

4 モデル化のメリット なぜモデルベースか Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 4

5 データと情報 何の値? 45, 44, 2.5, 1.0, 47, 35, 57.8, , 41.0, 2.5, 1.0, 47, 35, 57.8, , 37, 2.5, 1.0, 47, 34, 53.8, 49.2 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 5

6 データと情報 値の単位は 45, 44, 2.5, 1.0, 47, 35, 57.8, , 41.0, 2.5, 1.0, 47, 35, 57.8, , 37, 2.5, 1.0, 47, 34, 53.8, 49.2 単位 : KPa 単位 : MJ Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 6

7 データと情報 値の名前は 45, 44, 2.5, 1.0, 47, 35, 57.8, , 41.0, 2.5, 1.0, 47, 35, 57.8, , 37, 2.5, 1.0, 47, 34, 53.8, 49.2 ウォッベ指数 燃焼速度 単位 : KPa 圧力 単位 : MJ 熱量 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 7

8 データと情報 ガス事業者が供給する都市ガスの特性 ( 熱量等 ) 45, 44, 2.5, 1.0, 47, 35, 57.8, 52.7 大阪ガス (13A) 43.1, 41.0, 2.5, 1.0, 47, 35, 57.8, , 37, 2.5, 1.0, 47, 34, 53.8, 49.2 大多喜ガス (13A 地区 ) 大多喜ガス (12A 地区 ) データは解釈の仕方がわからなければ意味をなさない ウォッベ指数 燃焼速度 最低ウォッベ指数最高ウォッベ指数最低燃焼速度最高燃焼速度 単位 : KPa 圧力 最低圧力 最高圧力 単位 : MJ データの出典 : 大阪ガス 一般ガス供給約款 大多喜ガス 一般ガス供給約款 熱量 最低熱量 標準熱量 熱量等 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 8

9 データと情報 データと情報の関係 情報 事実, 事象, 事物, 過程, 着想などの対象物に関して知り得たこと 概念を含む 一定の文脈中で特定の意味をもつ (JIS X の定義より ) 表現 解釈 利用している技術ごとに異なるルール データ 情報の表現 伝達, 解釈又は処理に適するように形式化されたもの 再度情報として解釈できる (JIS X の定義より ) 同じ情報でも技術が異なれば違うデータ Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 9

10 モデルベース 情報のモデル化 技術的な詳細を隠蔽 表現形式 ( データ ) に依存しない 情報 を定義 ここをモデルとして定義 情報の相互連携 データ間の相互変換から モデルを介した相互変換へ データ 情報 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 10

11 モデルベースのメリット わかりやすい 技術的な詳細を扱う必要がない 異なる技術 表現形式のデータを透過的に扱える 情報のモデルを介してデータ交換ができる さまざまなデータに柔軟に対応できる モデル ( 情報 ) とデータ間の変換ルールを決めればよい 情報 ( データの解釈 ) を共通化できる 誰でも同じ解釈ができる Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 11

12 OMG のモデリング言語 UML と SysML Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 12

13 OMG のモデリング言語 UML 基礎となる概念オブジェクト指向システム工学 モデルの要素 オブジェクト ( クラス インスタンス仕様 ) モデルの種類離散離散 + 連続 主な用途 関連する規格 応用例 記述できるもの ソフトウェア設計ビジネスモデル ( 業務 ) の記述 ISO (UML Part1), ISO (UML Part2) SEMI Standard ISA-95 論理構造相互作用手続き状態 ( 概念上の ) 物理構造 ( 機能に関する ) 要求 SysML ブロック ( ブロック インスタンス仕様 ) システム設計 ISO (STEP AP233) OOSEM (INCOSE) 論理構造相互作用手続き または制御状態要求 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 13

14 UML SysML OMG のモデルベース MDA (Model Driven Architecture) とモデリング言語 高次な情報 MDA のモデル種類 コンセプトのモデル問題領域を記述 Computation Independent Model (CIM) 言語の適用範囲 扱う情報 ソリューションのモデル ( 技術的詳細を含まない ) 変換 Platform Independent Model (PIM) 変換 低次な情報 実装仕様のモデル ( 技術的詳細を含む ) Platform Specific Model (PSM) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 14

15 UML とは UML オブジェクト指向の汎用モデリング言語 特徴 ソフトウェア工学を中心に幅広く利用されている さまざまな分野のモデリング言語の基盤となっている SysML: システム工学 BPMN: ビジネスプロセス SoaML: SOA (Service-Oriented Architecture) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 15

16 UML で記述できるモデル UML 図の名前 主な要素 主な用途 視点 クラス図 クラス 関連 汎化 オブジェクト ( データや処理 ) の型の記述 構造 オブジェクト図 インスタンス仕様 リンク オブジェクト ( データや処理 ) の関係の例示 構造 コンポジット構造図 パート ポート コネクター オブジェクトの内部構造の記述 構造 パッケージ図 パッケージ 依存関係 モデル要素の分類の記述 構造 ユースケース図 ユースケース アクター システムの機能の記述 機能 アクティビティ図 アクション フロー 処理や制御の流れや手順の記述 振る舞い ステートマシン図 状態 遷移 オブジェクトの状態の変化の記述 振る舞い コミュニケーション図 ライフライン メッセージ オブジェクト間の相互作用の記述 振る舞い シーケンス図 ライフライン メッセージ オブジェクト間の通信順序の記述 振る舞い タイミング図 ライフライン 状態 状態間の関係の例示 振る舞い 相互作用概要図 相互作用 フロー 制御の全体像の記述 振る舞い コンポーネント図 コンポーネント コネクター ファイル等 物理的なモジュールの記述 構造 配置図 ノード 関連 物理的なモジュールの割り当ての記述 構造 プロファイル図 ステレオタイプ メタクラス UMLをカスタマイズする際の定義 ( 特殊用途 ) 構造 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 16

17 情報の定義 UML 同じ種類の情報であれば同じ項目 ( 要素 ) を持つ 同じ種類の情報は 表にまとめることができる 表 : ガス事業者別の 熱量等 ( 供給ガスの仕様 ) の例 最最標最最最準低高低最最高低熱熱圧圧高低ウウガ量量力力燃燃ォォス ( ( ( ( 焼焼ッッグベベル速速指指ーガス事業者 ) ) ) ) 度度数数プ大阪ガス A MJ MJ KPa 上越市ガス水道局 A 大多喜ガス (13A 地区 ) A 大多喜ガス (12A 地区 ) A KPa ( 各ガス事業者の 一般ガス供給約款 より作成 ) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 17

18 情報の定義 UML クラス 情報の種類 クラス図に定義 クラス名 ( 情報の名前 ) クラス プロパティ ( 情報の要素 ) 可視性の種類 + (public): 外部に公開 # (protected): 継承したクラスに公開 ~ (package): 同一のパッケージに公開 - (private): 非公開 プロパティの型 ( 情報の要素の種類 ) プロパティ名 ( 情報の要素の名前 ) 可視性 ( 要素の公開レベル ) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 18

19 情報の定義 UML データ型 値の種類 クラス図に定義 プロパティの型などの種類を定義 UML の既定のデータ型 Boolean: Integer: Real: String: 真偽値 整数 実数 文字列 UnlimitedNatural: 自然数 ( 無限大 は * 記号で記述 ) データ型の定義の例 データ型を表す約束事データ型の名前 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 19

20 情報の定義 UML 複数の情報で共通する項目 ( 要素 ) 共通する要素は 別の情報の要素として扱う 表 : ガス事業者別の 熱量等 ( 供給ガスの仕様 ) の例 ガスグループごとに最最標最最最準低高低最最高低共通する部分熱熱圧圧高低ウウガ量量力力燃燃ォォス ( ( ( ( 焼焼ッッグベベル速速指指ーガス事業者 ) ) ) ) 度度数数プ大阪ガス A MJ MJ KPa 上越市ガス水道局 A 大多喜ガス (13A 地区 ) A 大多喜ガス (12A 地区 ) A KPa ( 各ガス事業者の 一般ガス供給約款 より作成 ) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 20

21 情報の定義 UML 関連 情報の関係 クラス図に定義 プロパティ名 ( 情報の要素の名前 ) 可視性 ( 要素の公開レベル ) 1 関連 ( 情報の関係 ) 多重度 ( 関連先の要素の数 ) 別の情報として定義した共通部分 多重度の書き方下限値.. 上限値 一般的な多重度 または 1 0..* または * 1..* Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 21

22 関連の種類 UML 関連の種類 合成集約 集約 関連元 関連先が関連元の要素で他と共有しない関係 関連元 関連先が関連元の要素で他と共有する関係 関連関連元 上記以外の関係 関連先 関連先 関連先 関連の方向 双方向 関連元 関連先のどちらからもアクセスする 一方向 関連元 関連元 関連先 関連先 関連元からしかアクセスしない または または 関連元 関連元 関連先 関連先 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 22

23 情報の定義 UML 関連の表示 関連はプロパティとして表示できる ( プロパティとして表示した関連 ) ( 同じ 燃焼性 というプロパティ ) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 23

24 情報の定義 UML 装置などの情報 ガスメーターの事例 自動的に作動 異常時 検針 配管のガス圧が低下した場合 ガス遮断 復帰 大量のガスが流れた場合 画像出典 : 大阪ガス LPG 株式会社 ガスの検針 配達 ( 人による操作 通常時の機能 安全対策の機能 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 24

25 情報の定義 UML 状態 情報が持つ動作や振る舞い ステートマシン図に定義 状態 遷移 ( 状態から別の状態への変化 ) エフェクト ( 遷移に伴う挙動 ) 開始状態 ( 開始時の状態を指定 ) トリガ ( 遷移が起こる条件 ) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 25

26 情報の定義 UML 操作 情報が持つ動作や振る舞い クラス図に定義 クラス 操作 ( 情報が持つ動作や振る舞い ) 操作の引数 ( この場合 なし ) 操作名 ( 動作や振る舞いの名前 ) 可視性 ( 動作や振る舞いの公開レベル ) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 26

27 情報の定義 UML 都市ガスの供給設備と防災対策 画像出典 : 都市ガスの安定供給 大阪ガス ( 供給設備 防災対策 画像出典 : 大阪ガスの地震防災対策について 大阪ガス ( Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 27

28 情報の定義 UML 汎化 情報の分類 クラス図に定義 一般的な整圧器の情報の定義 ( ある情報に共通する部分 ) 汎化 ( 情報の分類上の関係 ) 特殊な整圧器の情報の定義 ( 一部の情報に固有な部分 ) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 28

29 情報の定義 UML 汎化と継承 継承 サブタイプの情報がスーパータイプの情報の要素を引き継ぐこと 整圧器の実際の情報 各情報はそれぞれ異なる値を持つ 遠隔遮断整圧器の実際の情報 遠隔遮断整圧器の情報は 整圧器の要素 ( 設定圧や流量 ) を引き継ぐ Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 29

30 情報の内部構造の定義 UML パート ポート コネクター 情報の要素と関係 コンポジット構造図に定義 クラス ( 情報の種類 ) パート ( 情報の要素 ) ポート ( 要素をつなぐ要素 ) コネクター ( 要素の関係 ) クラス図では パートは合成関係 ポートはプロパティとして表示される Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 30

31 情報の定義 UML 参考 : 都市ガス供給設備のクラス図 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 31

32 情報の定義 UML 参考 : 都市ガス供給設備のコンポジット構造図 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 32

33 SysML とは SysML システム工学分野に特化したモデリング言語 特徴 UML を簡略化し システム工学として不足している部分を追加 拡張 STEP AP233( システム工学 ) がベース STEP との相互接続性を考慮 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 33

34 参考 : STEP AP233 との対応 SysML 画像出典 : OMG SysML Portal Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 34

35 SysML で記述できるモデル SysML 図の名前 主な要素 主な用途 視点 要求図 要求 依存関係 要求とその関係の記述 構造 ブロック定義図 ブロック 関連 システム要素 ( データや機能 装置など ) の型の記述 構造 内部ブロック図 プロパティ ポート コネクター システム要素の内部構造の記述 構造 パラメトリック図 制約ブロック コネクター システム要素間の制約の記述 構造 パッケージ図 パッケージ 依存関係 モデル要素の分類の記述 構造 ユースケース図 ユースケース アクター システムの機能の記述 振る舞い アクティビティ図 アクティビティ フロー 処理や制御の流れや手順の記述 振る舞い シーケンス図 ライフライン メッセージ オブジェクト間の通信順序の記述 振る舞い ステートマシン図 状態 遷移 オブジェクトの状態の変化の記述 振る舞い Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 35

36 UML の図との対応 SysML SysML UML 変更点 要求図 クラス図 クラス図を元に追加 ブロック定義図 クラス図 一部表記を変更 内部ブロック図 コンポジット構造図 一部表記を変更 パラメトリック図 コンポジット構造図 用途を限定 パッケージ図 パッケージ図 なし ユースケース図 ユースケース図 なし アクティビティ図 アクティビティ図 連続性に対応 シーケンス図 シーケンス図 なし ステートマシン図 ステートマシン図 なし Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 36

37 情報の定義 SysML UML との対応 P21 ブロック 情報の種類 ブロック定義図に定義 ブロック ( 情報の種類 ) 多重度 ( 情報の要素の数 ) ブロックを表す約束事 ブロック名 ( 情報の名前 ) 1 プロパティ ( 情報の要素 ) プロパティの型 ( 情報の要素の種類 ) プロパティ名 ( 情報の要素の名前 ) 関連 ( 情報の関係 ) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 37

38 情報の定義 SysML 値型 値の種類 ブロック定義図に定義 プロパティの型などの種類を定義 値型が表す 量の種類 ( 次元 ) と 単位 も定義できる SI 単位系が参考情報 (non-normative) として規定されている SysML の既定の値型 Boolean: 真偽値 Complex: 複素数 Integer: 整数 Number: Complex, Integer, Real の総称 Real: 実数 String: 文字列 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 38

39 情報の定義 SysML UMLとの対応 P19 値型の定義の例 量の種類を表す約束事 1 単位名 単位を表す約束事単位が扱う量の種類 値型を表す約束事 量の種類の名前 値の名前 量の種類 ( 次元 ) 単位値型 1: 正しくは <<quantitykind>> とする Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 39

40 情報の定義 SysML UML との対応 P21 制約ブロック 情報に対するルールや法則 ブロック定義図に定義 制約ブロック ( ルールや法則 ) 制約ブロックを表す約束事 制約名 ( ルールや法則の名前 ) 制約パラメーター ( ルールや法則の持つ変数 ) 制約 ( ルールや法則の実態 ) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 40

41 関連の種類 SysML 関連の種類 パート関連 関連先が関連元の要素で他と共有しない関係 共有関連 関連先が関連元の要素で他と共有する関係 参照関連 上記以外の関係 関連の方向 双方向 関連元 関連先のどちらからもアクセスする 一方向 関連元 関連元 関連元 関連元 関連元 関連元からしかアクセスしない 関連先 関連先 関連先 関連先 関連先 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 41

42 UML との違い SysML プロパティの種類 ( 区別して表示できる ) parts: パート関連のプロパティ references: パート関連以外の関連のプロパティ values: 値型のプロパティ ports: 他のブロックと相互作用するポートのプロパティ parameters: 制約ブロックの制約パラメーター properties: 上記すべての種類の総称 共有関連のプロパティ プロパティの種類名 値型のプロパティ Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 42

43 情報の定義 SysML UML との対応 P25 状態 情報が持つ動作や振る舞い ステートマシン図に定義 状態 遷移 ( 状態から別の状態への変化 ) エフェクト ( 遷移に伴う挙動 ) 開始状態 ( 開始時の状態を指定 ) トリガ ( 遷移が起こる条件 ) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 43

44 情報の定義 SysML UML との対応 P26 操作 情報が持つ動作や振る舞い ブロック定義図に定義 操作 ( 情報が持つ動作や振る舞い ) 操作の引数 ( この場合 なし ) 操作名 ( 動作や振る舞いの名前 ) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 44

45 情報の定義 SysML UML との対応 P28 汎化 情報の分類 ブロック定義図に定義 一般的な整圧器の情報の定義 ( ある情報に共通する部分 ) 汎化 ( 情報の分類上の関係 ) 特殊な整圧器の情報の定義 ( 一部の情報に固有な部分 ) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 45

46 情報の内部構造の定義 SysML UML との対応 P30 プロパティ ポート コネネクター 要素と関係 内部ブロック図に定義 ブロック ( 情報の種類 ) プロパティ ( 情報の要素 ) ポート ( 要素をつなぐ部分 ) ポートで情報のやり取りがされる場合 情報の流れる方向を矢印で図示する コネクター ( 要素の関係 ) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 46

47 情報の定義 SysML UML との対応 P31 参考 : 都市ガス供給設備のブロック定義図 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 47

48 情報の定義 SysML UML との対応 P32 参考 : 都市ガス供給設備の内部ブロック図 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 48

49 UML と SysML のまとめ 情報の定義 UML SysML 種類クラス 18 ブロック 37 要素プロパティ 18 プロパティ 37 値の種類データ型 19 値型 量の種類 単位 38 関係関連 21 関連 37 動作や振る舞い 状態 25 状態 43 操作 26 操作 44 分類汎化 28 汎化 45 内部構造 パート ポート コネクター 30 プロパティ ポート コネク ター その他 制約ブロック Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 49

50 モデルベース手法の取り組みに向けて 課題と期待 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 50

51 どの情報まで扱うのか? ナレッジマネジメントにおける情報の階層例 組織化の深化 ( 意味の深化?) 解釈の例 独自性が高い 卓識 固有の知見 ノウハウ 適用された知識 知識 組織化された情報 情報 関連した要素 一般的な知見 ノウハウ 基礎 常識 独自性 データ 断片化した要素 情報以前 独自性が低い David McCandless, Hierarchy Of Visual Understanding? を参考に作成 ( Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 51

52 モデリング & シミュレーション (M&S) モデリングとシミュレーションは補完しあう関係 シミュレーションにはモデルが必要 モデルの評価にはシミュレーションが有効 モデル MILS (Model In the Loop Simulation) シミュレーション OMG のモデリング言語とシミュレーション UML fuml UML モデルを実行するための仕様 SysML SyM シミュレーションが可能な物理モデリング言語 ModelicaとSysMLを連 携させるための仕様 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 52

53 ツールチェーン モデルの連携と活用 UML と SysML のツールチェーンの例 1 SysMLツールチェーン UMLツールチェーン CAD/CAM/ CAE SysML モデリングツール Modlica シミュレーションツール UML モデリングツール UML シミュレーションツール Modelica fuml SysML UML AP2xx AP233 SyM STEP 1 仕様ベースの例 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 53

54 モデルベースの活用例 NASA の事例 SysML モデルの活用 出典 : Modeling Failure Modes with SysML, NASA, Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 54

55 ご清聴ありがとうございました オージス総研組み込みソリューション第一部 米野巌視 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. YOUR MODELING PERTNER

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