Methodik IDEF5. Grafiksprache

Einführung

Dieser Artikel richtet sich an Personen, die mit einem Konzept wie der Ontologie zumindest auf einer ersten Ebene vertraut sind. Wenn Sie mit Ontologien nicht vertraut sind, ist Ihnen der Zweck von Ontologien und insbesondere dieser Artikel höchstwahrscheinlich nicht klar. Ich rate Ihnen, sich mit diesem Phänomen vertraut zu machen, bevor Sie mit dem Lesen dieses Artikels beginnen (möglicherweise reicht sogar ein Artikel aus Wikipedia aus).



Die Ontologie ist also ein detailliertes Merkmal eines bestimmten betrachteten Themenbereichs. Diese Beschreibung sollte in einer klar formulierten Sprache erfolgen. Zur Beschreibung von Ontologien können Sie die IDEF5-Methodik verwenden, deren Arsenal zwei Sprachen enthält:

• Schematische Sprache IDEF5. Diese Sprache ist visuell und verwendet grafische Elemente.
• Textsprache IDEF5. Diese Sprache wird in Form von strukturiertem Text dargestellt.

In diesem Artikel wird die erste Option betrachtet - eine schematische Sprache. Wir werden in den folgenden Artikeln über Text sprechen.

Objekte

In der schematischen Sprache werden, wie bereits erwähnt, grafische Elemente verwendet. Zunächst sollten Sie die Hauptelemente dieser Sprache berücksichtigen.



In der Ontologie werden häufig sowohl verallgemeinerte Entitäten als auch bestimmte Objekte verwendet. Generische Entitäten werden als Ansichten bezeichnet . Sie werden als Kreis mit einem Etikett (Name des Objekts) dargestellt:







Arten sind eine Sammlung einzelner Exemplare einer bestimmten Art. Das heißt, eine Ansicht wie "Autos" kann eine ganze Reihe einzelner Autos darstellen.

Als InstanzenDieser Typ kann ein bestimmtes Auto oder eine bestimmte Art von Ausrüstung oder eine einzelne Marke sein. Es hängt alles vom Kontext, dem Themenbereich und dem Detaillierungsgrad ab. Beispielsweise sind bestimmte Autos als physische Einheiten für eine Autowerkstatt wichtig. Um einige Statistiken über Verkäufe in einem Autohaus zu führen, sind bestimmte Modelle usw. wichtig.



Einzelne Instanzen von Ansichten werden ähnlich wie die Ansichten selbst bezeichnet und nur durch einen Punkt am unteren Rand des Kreises angezeigt:







Bei der Diskussion von Objekten sollten auch solche Objekte als Prozesse erwähnt werden .



Wenn Ansichten und Instanzen sogenannte statische Objekte sind (die sich im Laufe der Zeit nicht ändern), sind Prozesse dynamische Objekte. Dies bedeutet, dass diese Objekte in einem bestimmten genau definierten Zeitraum existieren.



Zum Beispiel können Sie ein solches Objekt als den Prozess der Herstellung eines Autos hervorheben (da wir über sie sprechen). Es ist intuitiv klar, dass dieses Objekt nur während der Produktion dieses Autos selbst existiert (streng definierter Zeitraum). Es ist zu beachten, dass diese Definition an Bedingungen geknüpft ist, da Objekte wie ein Auto auch eine eigene Lebensdauer, Haltbarkeit, Existenz usw. haben. Wir werden jedoch nicht auf die Philosophie eingehen, und im Rahmen der meisten Themenbereiche kann davon ausgegangen werden, dass Instanzen und vor allem Arten für immer existieren.



Prozesse werden als Rechteck mit einer Bezeichnung (Name) des Prozesses dargestellt:







Prozesse werden in den Schemata des Übergangs von einem Objekt zu einem anderen verwendet. Dazu später mehr.



Zusätzlich zu Prozessen werden solche Schemata verwendetlogische Operatoren . Alles ist einfach genug für diejenigen, die mit Prädikaten, Boolescher Algebra oder Programmierung vertraut sind. In IDEF5 werden drei logische Hauptoperatoren verwendet:

• logisches UND (UND);
• logisches ODER (ODER);
• exklusives ODER (XOR).

Der IDEF5-Standard (http://idef.ru/documents/Idef5.pdf - die meisten Informationen aus dieser Quelle) definiert das Bild logischer Operatoren in Form kleiner Kreise (im Vergleich zu Ansichten und Instanzen) mit einer Beschriftung in Form von Symbolen. In der grafischen Entwicklungsumgebung IDEF5 sind wir jedoch aus vielen Gründen von dieser Regel abgewichen. Eine davon ist die schwierige Identifizierung dieser Betreiber. Daher verwenden wir eine Textbezeichnung von Operatoren mit einer Identifikationsnummer:







Lassen Sie uns an dieser Stelle mit den Objekten fertig werden.

Beziehungen

Es gibt Beziehungen zwischen Objekten, die in der Ontologie die Regeln bedeuten, die die Interaktion zwischen Objekten bestimmen und aus denen neue Schlussfolgerungen gezogen werden.



In der Regel werden Beziehungen durch den in der Ontologie verwendeten Schematyp bestimmt. Ein Schema ist eine Sammlung von Ontologieobjekten und Beziehungen zwischen ihnen. Es gibt die folgenden Haupttypen von Schemata:

1. Kompositionsschemata.
2. Klassifizierungsschemata.
3. Übergangsschemata.
4. Funktionsdiagramme.
5. Kombinierte Schemata.

Manchmal wird diese Art von Schema auch als existenziell unterschieden . Ein existenzielles Schema ist eine Sammlung von Objekten ohne Beziehungen. Solche Schemata zeigen einfach, dass eine bestimmte Menge von Objekten in einem bestimmten Themenbereich existiert.



Nun, in der Reihenfolge über jede der Arten von Schemata.

Kompositionsschemata

Diese Art von Schema wird verwendet, um die Zusammensetzung eines Objekts, Systems, einer Struktur usw. darzustellen. Ein typisches Beispiel sind Autoteile. In der am meisten vergrößerten Komposition besteht das Auto aus einer Karosserie und einem Getriebe. Die Karosserie ist wiederum in einen Rahmen, Türen und andere Teile unterteilt. Diese Zerlegung kann weiter fortgesetzt werden - alles hängt vom erforderlichen Detaillierungsgrad für diese spezielle Aufgabe ab. Ein Beispiel für ein solches Schema:



Zusammensetzungsbeziehungen werden als Pfeil mit einer Spitze am Ende angezeigt (im Gegensatz zu beispielsweise einer Klassifizierungsbeziehung, bei der sich die Spitze am Anfang des Pfeils befindet, weitere Details unten). Solche Beziehungen können mit einem Etikett wie im Bild (Teil) signiert werden.

Klassifizierungsschemata

Klassifizierungsschemata sollen die Definition von Arten, ihren Unterarten und Artenproben ausdrücken. Zum Beispiel können Autos Autos und Lastwagen sein. Das heißt, die Ansicht "Auto" hat zwei Unterarten. VAZ-2110 ist eine spezifische Instanz der Unterart „Pkw“, und GAZ-3307 ist eine Instanz der Unterart „LKW“:







Beziehungen in Klassifizierungsschemata (Unterart oder eine bestimmte Instanz) haben die Form eines Pfeils mit einer Spitze am Anfang und wie im Fall von Schemata Kompositionen können eine Bezeichnung mit dem Namen der Beziehung haben.

Übergangsschemata

Diagramme dieses Typs sind erforderlich, um die Prozesse des Übergangs von Objekten von einem Zustand in einen anderen unter dem Einfluss eines bestimmten Prozesses darzustellen. Zum Beispiel wird nach dem Lackieren mit roter Farbe ein schwarzes Auto rot:







Das Übergangsverhältnis wird durch einen Pfeil mit einer Spitze am Ende und einem Kreis in der Mitte angezeigt. Wie Sie dem Diagramm entnehmen können, beziehen sich Prozesse auf Beziehungen und nicht auf Objekte.



Zusätzlich zu dem in der Abbildung gezeigten gewöhnlichen Übergang gibt es einen strengen Übergang. Es wird in Fällen verwendet, in denen der Übergang in einer bestimmten Situation nicht offensichtlich ist, aber es ist wichtig, dass wir ihn hervorheben. Zum Beispiel ist die Installation eines Rückspiegels an einem Auto kein wesentlicher Vorgang, wenn wir den Prozess der globalen Montage eines Autos betrachten. In einigen Fällen ist es jedoch erforderlich, diesen Vorgang hervorzuheben:







Ein strikter Übergang wird wie ein normaler Übergang angezeigt, mit Ausnahme einer doppelten Spitze am Ende.



Regelmäßige und strenge Übergänge können auch als sofort markiert werden. Dazu wird dem zentralen Kreis ein Dreieck hinzugefügt. Sofortige Übergänge werden in Fällen verwendet, in denen die Übergangszeit so kurz ist, dass sie innerhalb des betrachteten Themenbereichs völlig unbedeutend ist (weniger als das minimale signifikante Zeitintervall).

Zum Beispiel kann das Auto selbst bei geringsten Schäden als beschädigt angesehen werden und sein Preis sinkt stark. Die meisten Schäden treten jedoch sofort auf, im Gegensatz zu Alterung und Verschleiß:







Das Beispiel zeigt einen strengen Übergang, aber ein normaler Übergang kann auch sofort verwendet werden.

Funktionsdiagramme

Solche Schemata werden verwendet, um die Struktur der Interaktion zwischen Objekten anzuzeigen. Zum Beispiel führt ein Automechaniker Wartungsarbeiten an Autos durch, und ein Autodienstmanager nimmt Reparaturanfragen an und übergibt sie an einen Automechaniker:







Funktionale Beziehungen werden als gerade Linie ohne Trinkgeld dargestellt, manchmal jedoch mit einem Etikett, das der Name der Beziehung ist.

Kombinierte Schemata

Kombinierte Schemata sind eine Kombination von zuvor diskutierten Schemata. Die meisten Schemata in der IDEF5-Methodik werden kombiniert, da es selten Ontologien gibt, die nur eine Art von Schema verwenden.



Logische Operatoren werden häufig in allen Schemata verwendet. Mit ihnen können Sie Beziehungen zwischen drei, vier oder mehr Objekten implementieren. Der logische Operator kann eine allgemeine Entität ausdrücken, über die der Prozess ausgeführt wird oder die an einer anderen Beziehung teilnimmt. Sie können beispielsweise die vorherigen Beispiele wie folgt kombinieren:







In einem bestimmten Fall verwendet das kombinierte Schema ein Zusammensetzungsschema (Spiegel + ein Auto ohne Spiegel = ein Auto mit einem Spiegel) und ein Übergangsschema (ein Auto mit einem Spiegel wird unter dem Einfluss des roten Lackierprozesses zu einem roten Auto). Darüber hinaus wird ein Auto mit einem Spiegel nicht explizit ausgedrückt - stattdessen wird der logische Operator AND angegeben.

Fazit

In diesem Artikel habe ich versucht, die Hauptobjekte und -beziehungen in der IDEF5-Methodik zu beschreiben. Ich habe die Automobildomäne als Beispiel verwendet, da sich herausstellte, dass es viel einfacher ist, Diagramme zu erstellen. IDEF5-Schemata können jedoch in jedem anderen Fachgebiet verwendet werden.



Die Analyse von Ontologien und Domänenwissen ist ein ziemlich umfangreiches und mühsames Thema. Im Rahmen von IDEF5 stellt sich jedoch heraus, dass alles nicht so schwierig ist, zumindest sind die Grundlagen dieses Themas recht einfach zu erlernen. Der Zweck meines Artikels ist es, ein neues Publikum für das Problem der Wissensanalyse zu gewinnen, allerdings auf Kosten eines so primitiven IDEF5-Tools wie einer grafischen Sprache.



Das Problem der grafischen Sprache ist, dass sie nicht verwendet werden kann, um einige Beziehungen (Axiome) der Ontologie klar zu formulieren. Hierfür gibt es die IDEF5-Textsprache. In der Anfangsphase kann eine grafische Sprache jedoch sehr nützlich sein, um anfängliche Anforderungen für eine Ontologie zu formulieren und einen Vektor für die Entwicklung einer detaillierteren Ontologie in der IDEF5-Textsprache oder in einem anderen Werkzeug zu definieren.



Ich hoffe, dieser Artikel ist nützlich für Anfänger auf diesem Gebiet, vielleicht sogar für diejenigen, die sich schon lange mit dem Thema ontologische Analyse beschäftigen. Das gesamte Hauptmaterial dieses Artikels wurde übersetzt und aussagekräftig aus dem IDEF5-Standard entlehnt, auf den ich zuvor Bezug genommen habe ( Duplikat ). Auch inspiriert von einem wunderbaren Buch der Autoren von KNOW INTUIT ( Link zu ihrem Buch ).