Методология IDEF5. Графичен език

Въведение

Тази статия е предназначена за хора, които са запознати с понятието онтология поне на начално ниво. Ако не познавате онтологиите, вероятно целта на онтологиите и на тази статия в частност няма да ви е ясна. Препоръчвам да се запознаете с явлението, преди да започнете да четете тази статия (възможно е да е достатъчна дори статия от Уикипедия).

И така Онтология е подробна характеристика на разглежданата предметна област. Тази характеристика трябва да бъде представена на ясно формулиран език. За описание на онтологиите може да се използва методологията IDEF5, която разполага с два езика:

• Схематичен език IDEF5. Този език е визуален и използва графични елементи.
• Текстов език IDEF5. Този език се представя във вид на структурирано текстово съдържание.

В тази статия ще разгледаме първия вариант — схематичния език. За текстовия ще говорим в следващите статии.

Обекти

В схематичния език, както вече беше споменато, се използват графични елементи. Първо следва да разгледаме основните елементи на този език.

Често в онтологията се използват както обобщени същности, така и конкретни обекти. Обобщените същности се наричат видове. Те се изобразяват под формата на окръжност с етикет (назване на обекта) вътре:

Видовете представляват съвкупност от отделни екземпляри на този вид. Тоест видът "Автомобили" може да представлява цяла съвкупност от отделно взети автомобили.
Като екземпляри на този вид могат да бъдат конкретни автомобили, отделни видове техника или отделни марки. Всичко зависи от контекста, предметната област и нейното ниво на детайлност. Например, за автосервис ще бъдат важни конкретните автомобили като физически същности. За водене на някаква статистика за продажбите в автосалон ще бъдат важни конкретни модели и т.н.

Отделните екземпляри на видовете се обозначават подобно на самите видове, само че се обозначават с точка в долната част на окръжността:

Също така, в рамките на обсъждането на обектите, следва да се спомена за такива обекти като процеси.

Ако видовете и екземплярите са статични обекти (непроменливи във времето), то процесите са динамични обекти. Това означава, че тези обекти съществуват в строго определен интервал от време.

Например, можем да разгледаме обекта на производството на автомобил (откакто започнахме с тях). Интуитивно е ясно, че този обект съществува само по време на самото производство на автомобила (строго определен период от време). Трябва да имаме предвид, че това определение е условно, тъй като такива обекти като автомобила също имат срок на експлоатация, срок на годност, съществуване и т.н. Но да не се впускаме в философия и в рамките на повечето предметни области можем да приемем, че екземплярите, а особено видовете, съществуват вечно.

Процесите се изобразяват под формата на правоъгълник с етикет (наименование) на процеса:

Процесите се използват в схемите за преход на едни обекти в други. По-подробно за това ще бъде разказано по-късно.

В допълнение към процесите, в такива схемите се използват логически оператори. Тук всичко е достатъчно просто за тези, които познават предикатите, булевата алгебра или програмирането. В IDEF5 се използват три основни логически оператора:

• логическо И (AND);
• логическо ИЛИ (OR);
• изключващо ИЛИ (XOR).

В стандарта IDEF5 (http://idef.ru/documents/Idef5.pdf — повечето информация от този източник) е определено изображението на логическите оператори под формата на малки окръжности (в сравнение с видовете и екземплярите) с етикет в формата на символи. Въпреки това, в разработваната графична среда IDEF5 ние се отклонихме от това правило по много причини. Една от тях е сложната идентификация на тези оператори. Затова използваме текстово обозначение на операторите с идентификационен номер:

Мисля, че на това с обектите можем да приключим.

Отношения

Между обектите съществуват отношения, които в онтологията означават правила, които определят взаимодействието между обектите и от които се извеждат нови изводи.

Обикновено, отношенията се определят от типа на схемата, използвана в онтологията. Схема — това е сбор от обекти на онтологията и отношения между тях. Разграничават се следните основни видове схеми:

1. Схеми на композиция.
2. Схеми на класификация.
3. Схеми на преходи.
4. Функционални схеми.
5. Комбинирани схеми.

Понякога се отделя и такъв вид схеми, като екзистенциални. Екзистенциална схема се нарича съвкупността от обекти без отношения. Такива схеми просто показват, че в определена предметна област съществува набор от обекти.

А сега по реда на всеки от видовете схеми.

Схеми на композиция

Този тип схеми се използва за представяне на състава на някакъв обект, система, структура и т.н. Типичен пример — детайли на автомобил. В съвсем общия състав автомобилът се състои от каросерия и трансмисия. От своя страна каросерията се дели на рамка, врати и други детайли. Тази декомпозиция може да продължава — всичко зависи от необходимото ниво на детайлност в конкретната задача. Пример за такава схема:

Отношенията на композиция се изобразяват под формата на стрелка с накрайник в края (в отличие, например, от отношението на класификация, където накрайникът е в началото на стрелката, за което по-подробно по-късно). Такива отношения могат да бъдат обозначени с етикет, както на изображението (част).

Схеми на класификация

Схемите на класификация са предназначени да изразяват определение на видове, техните подвидове и екземпляри на видовете. Например, автомобилите могат да бъдат леки и товарни. Тоест видът „Автомобил“ има два подвида. ВАЗ-2110 — конкретен екземпляр от подвида „Лек автомобил“, а ГАЗ-3307 — екземпляр от подвида „Товарен автомобил“:

Отношенията в схемите на класификация (подвид или конкретен екземпляр) имат формата на стрелка с накрайник в началото и, както и в случая със схемите на композиция, могат да имат етикет с наименованието на отношението.

Схеми на преходи

Схемите от този тип са необходими за показване на процесите на преход от едно състояние на обектите в друго под въздействието на определен процес. Например, след процеса на боядисване черният автомобил става червен:

Отношението на прехода се обозначава със стрелка с накрайник в края и с кръг в центъра. Както може да се види от схемата, процесите се отнасят до отношенията, а не до обектите.

Освен обикновеното преминаване, представено на изображението, съществува строга връзка. Тя се използва в случаи, когато преминаването не е очевидно, но е важно да бъде подчертано. Например, монтажът на огледалото за обратно виждане на автомобила не е значима операция, ако разглеждаме процеса на сглобяване на автомобила в глобален план. Въпреки това в някои случаи е необходимо да се подчертае тази операция:

Строгото преминаване се обозначава аналогично на обикновеното преминаване, с изключение на двойния връх на края.

Обикновените и строгите преминавания могат също да бъдат маркирани като мигновени. За целта в централния кръг се добавя триъгълник. Мигновените преминавания се използват в случаи, когато времето за преминаване е толкова кратко, че е незначително в рамките на разглежданата предметна област (по-малко от минимално значимия времеви интервал).
Например, при най-малко повреждане на автомобила, може да се счита, че той е повреден и цената му рязко пада. Въпреки това повечето повреди се случват мигновено, в контекста на стареене и износване:

В примера е представено строго преминаване, но може да се използва и обикновено преминаване като мигновено.

Функционални схеми

Тези схеми се използват за указване на структурата на взаимодействие между обектите. Например, автомеханик извършва техническо обслужване на автомобили, а мениджърът на автосервиз приема заявки за ремонт и ги предава на автослесаря:

Функционалните отношения се изобразяват с права линия без връх, но понякога с указание на етикет, който е наименованието на отношението.

Комбинирани схеми

Комбинираните схеми са съчетание на разгледаните по-рано схеми. Повечето схеми в методологията IDEF5 — комбинирани, тъй като рядко се срещат онтологии, използващи само един вид схеми.

В всички схеми често се използват логически оператори. Чрез тях могат да се реализират отношения между три, четири и повече обекта. Логическият оператор може да изразява някаква обща същност, над която се осъществява процес или която участва в друго отношение. Например, предишните примери могат да се обединят по следния начин:

В конкретния случай в комбинираната схема се използват схема на композиция (огледало + автомобил без огледало = автомобил с огледало) и схема на преход (автомобил с огледало под въздействието на процеса на боядисване с червена боя става червен автомобил). А именно, автомобилът с огледало не се изразява явно — вместо това се указва логическият оператор И.

Заключение

В тази статия се опитах да опиша основните обекти и отношения в методологията IDEF5. Като пример използвах предметната област, свързана с автомобилите, тъй като на техния пример беше много по-лесно да се изградят схемите. Въпреки това, схемите IDEF5 могат да бъдат използвани в която и да е друга област на знание.

Онтологиите и анализът на знанията за предметната област са доста обширна и трудоемка тема. Обаче в рамките на IDEF5 всичко не е толкова сложно, поне основите на темата се усвояват доста лесно. Целта на моята статия е да привлече нова аудитория към проблема с анализа на знанията, макар и чрез такъв примитивен инструмент като графичния език IDEF5.

Проблемът на графичния език е в това, че с негова помощ не може достатъчно ясно да се формулират някои отношения (аксиоми) на онтологията. За това съществува текстовият език IDEF5. Въпреки това, на началния етап графичният език може да бъде много полезен за формулиране на началните изисквания към онтологията и определяне на вектора за разработване на по-подробна онтология на текстовия език IDEF5 или в който и да е друг инструмент.

Надявам се тази статия да стане полезна за начинаещи в тази област, може би дори за онези, които отдавна се занимават с въпросите на онтологичния анализ. Целият основен материал на тази статия е преведен и осмислен, заимстван от стандарта IDEF5, на който се позовавах по-рано (дублирам). Също така бях вдъхновен от страхотната книга на авторите от НОУ ИНТУИТ (линк към тяхната книга).

Източник: habr.com