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

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 2013-07-11 オージス総研米野巌視

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

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

データと情報値の名前は 45, 44, 2.5, 1.0, 47, 35, 57.8, 52.7 43.1, 41.0, 2.5, 1.0, 47, 35, 57.8, 52.7 39, 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

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, 52.7 39, 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

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 0001 1994 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 0001 1994 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

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 ISO19505-1 (UML Part1), ISO19505-2 (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 10303-233 (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

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

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

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 45 44 2.5 1.0 47 35 57.8 52.7 13A MJ MJ KPa 上越市ガス水道局 43.1 41.0 2.5 1.0 47 35 57.8 52.7 13A 大多喜ガス (13A 地区 ) 45 44 2.5 1.0 47 35 57.8 52.7 13A 大多喜ガス (12A 地区 ) 39 37 2.5 1.0 47 34 53.8 49.2 12A 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

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

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

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 45 44 2.5 1.0 47 35 57.8 52.7 13A MJ MJ KPa 上越市ガス水道局 43.1 41.0 2.5 1.0 47 35 57.8 52.7 13A 大多喜ガス (13A 地区 ) 45 44 2.5 1.0 47 35 57.8 52.7 13A 大多喜ガス (12A 地区 ) 39 37 2.5 1.0 47 34 53.8 49.2 12A 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

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 0..1 1..1 または 1 0..* または * 1..* Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 21

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

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 (http://www.oglpg.co.jp/service/kenshin.html) 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

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 (http://www.osakagas.co.jp/safety/1-supply.html) 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 (http://www.kiis.or.jp/bousai/pdf/121206_5.pdf) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 27

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

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

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

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

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

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

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 40 46 Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 49

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 (http://www.informationisbeautiful.net) Copyright 2013 OGIS-RI All rights reserved. 51

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

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