<На страницу назад | На страницу вперед>
3.3.7 Схематики расширенных переходов состояний
По ходу описания перехода объектных состояний часто бывает полезно иметь возможность
представить окружающую контекстную информацию, которая тесно связана с переходом
состояний, хотя и не входит в него. Каталогизация этих объектов и отношений
установки контекста может быть не только полезной, но и необходимой. Для обеспечения
этой возможности в языке схематик объектов IDEF3 используются различные конструкции,
взятые из онтологического метода сбора данных IDEF5. Эти конструкции совершенно
не обязательны. Если аналитик хочет описать только переходы состояний, ему не
нужно углубляться в рассматриваемые здесь дополнительные конструкции. Однако,
знакомство с этими конструкциями обеспечивает для аналитика дополнительную экспрессивность.
В следующих подразделах дополнительные конструкции представлены независимо от
схематик переходов состояний. Затем иллюстрируется их интеграция.
Схематики первого порядка
Индивидуальные объекты (т.е. индивиды) представляют отдельный логический
тип, отличающийся от свойств этих индивидов. Свойства представляют абстрактные,
общие особенности, которые совместно используются разными индивидами,
признаки (respect), посредством которых разные индивиды рассматриваются
как одно целое. Подобным образом, отношения представляют общие ассоциации, которые
могут совместно использоваться парами (тройками и т.д.) индивидов. Свойства
и отношения идентифицируются посредством абстрагирования конкретных особенностей
индивидов и, следовательно, часто характеризуются как более высокий (т.е., неточно
говоря, более абстрактный) логический тип, чем индивиды, которые им соответствуют.
Поэтому индивиды часто называются объектами первого порядка, а свойства
и отношения объектов первого порядка - свойствами и отношениями первого порядка.
Типичным примером отношения первого порядка является отношение "переходит
в" (transitions-to).
Отображение отношений первого порядка между объектами включает соединение двух символов, представляющих объекты, символом отношения первого порядка, как показано на рис. 3-62.
Рис. 3-62
Общая форма базовой схематики первого порядка
Для таких схематик требуется стандартная (используемая по умолчанию) семантика (т.е. принятое значение, которое может допускаться при отсутствии дальнейшего пояснения на языке детального описания). Для этой цели рассмотрим конкретный пример, приведенный на рис. 3-63.
Рис. 3-63
Пример базовой схематики первого порядка
В приближенном виде используемое по умолчанию значение этой конструкции представляет спецификацию типа для отношения "часть"; это значит, что оно специфицирует, что свечи зажигания и двигатели представляют виды предметов, которые правомерно могут использоваться в этом отношении. Это значение не говорит о том, к примеру, что каждая свеча зажигания является частью некоторого двигателя или что каждый двигатель имеет свечи зажигания; в данной предметной области могут быть "незакрепленные" свечи зажигания или двигатели без свечей зажигания. В принципе используемое по умолчанию значение просто документирует тот факт, что "Свеча зажигания" представляет вид предмета, который может бать "Частью" "Двигателя". Если требуется более сильный вариант, это можно специфицировать на языке детального описания IDEF3.
В качестве альтернативного синтаксиса для представленных выше схематик допускается (и часто предпочитается) замена двух соединительных символов и символа отношения одной стрелкой, которая маркируется при использовании той же метки отношения, какая показана на рис. 3-64. При этом существует потенциальная возможность путаницы со схематиками переходов состояний, но использование "открытого" острия стрелки вместо "закрытого и закрашенного" острия в сочетании с другими особенностями данной схематики должно исключить неоднозначность.
Рис. 3-64
Пример, иллюстрирующий альтернативный синтаксис для базовых
схематик первого порядка
Отношения типа "часть чего-либо" (part-of), которые устанавливаются между двумя элементами, часто называются двухместными отношениями, которые показывают, что число аргументов в данном отношении (или "арность") равно двум. Однако, для "арности" отношения не существует теоретических границ; например, отношение "между" (between) справедливо между тремя объектами. При использовании четырех аргументов или больше можно легко определить более искусственные, но полезные отношения.
Семантику схематик первого порядка с использованием символов двухместных отношений можно обобщить в схематики с использованием символов n-местных отношений. Например, на рис. 3-65 показано, что только один экземпляр отношения "Передает в" может включать "Конвейер", "Корпус автомобиля" и "Красильную ванну".
Рис. 3-65
Пример трехместной базовой схематики первого порядка
Номера (необязательные), прикрепленные к стрелкам, обобщают стрелки при соединении символов в случае двухместного отношения. В частности, они показывают, что "Конвейер", "Корпус автомобиля" и "Красильная ванна" должны быть ассоциированы с первой, второй и третьей точками аргументов отношения "Передает в", соответственно, поскольку они входят в чтение метки на естественном английском языке: "Конвейер передает корпус автомобиля в красильную ванну".
Как и в случае двухместного отношения, символ отношения можно опустить и использовать просто маркированные связи, как показано на рис. 3-66. Как правило, в данном документе этому обозначению отдается предпочтение.
Рис. 3-66
Альтернативный синтаксис для рис. 3-65
Хотя отношения с "арностью" четыре и больше встречаются не слишком часто, их можно выразить подобным образом.
Использование символов индивидов в некоторой степени исключает неопределенность схематик, представленных на рис. 3-66. Например, ситуация, представленная на рис. 3-66, допускает несколько красильных ванн. Однако, в некоторых ситуациях может потребоваться концентрация внимания на одной конкретной ванне и представление ее в явной форме символом индивида, как показано на рис. 3-67.
Рис. 3-67
Пример, иллюстрирующий использование символа индивида
Эта схематика теперь выражает, что конвейер может передать корпус автомобиля в красильную ванну PPV-1, как показывает символ индивида, что обеспечивает более определенное суждение по сравнению с суждением, представленным на рис. 3-66.
Неопределенность исключается полностью, если используются только символы индивидов. Так, приведенная на рис. 3-68 схематика выражает, что в некоторый момент времени конкретный корпус автомобиля CB-J27-S121 передается (в отличие от "может быть передан") конвейером Conv-2 в красильную ванну PPV-1. (То есть в терминах языка детального описания рис. 3-68 переводится следующим образом: conveys-to Conv-2 CB-J27-S121 PPV-1 - Conv-2 передает CB-J27-S121 в PPV-1).
Рис. 3-68
Полностью конкретизированный пример
Для создания сложных схематик с одним кружком можно соединить множество кружков разными стрелками. Как правило, сложные схематики, которые не включают связи переходов состояний, используются только для удобства; они просто позволяют многократно использовать графические элементы и дают возможность делать несколько утверждений на данном языке посредством одной сложной схематики. Так, например, если нужно выразить и то, что свечи зажигания могут быть частью двигателей, и то, что двигатели могут быть частью автомобилей, нет необходимости использовать два кружка, представляющие вид "двигатель". Данные факты можно выразить в более сжатой форме, как показано на рис. 3-69
Рис. 3-69
Небольшая сложная схематика
Подобным образом, может потребоваться добавление информации, что в данной предметной области автомобили могут быть произведены в Детройте и отправлены дилерам. Эту информацию удобно выразить так, как показано на рис. 3-70.
Рис. 3-70
Сложная схематика, включающая множество отношений
В то же время схематика объектов может включать только один тип отношений. В таком случае для исключения ненужного невнятного представления аналитик может опустить метки и просто отметить (одно) значение символов отношений внизу схематики, как показано на рис. 3-71.
Рис. 3-71
Связь периферийных устройств с персональным компьютером
Композиционные схематики
Поскольку отношение "часть чего-либо" часто используется в
онтологии проектирования, инжиниринга и производства, в языки IDEF5 в явной
форме включены метка "часть" (part-of) и ассоциированные аксиомы.
В частности, эта возможность позволяет пользователям выражать факты относительно
состава данного вида объектов. Распространенным примером этой формы выражения
является "Список материалов" (BOM - Bill of Materials). Как правило,
для выражения композиционных отношений между объектами используются схематики,
имеющие форму, представленную на рис. 3-72.
Рис. 3-72
Композиционная схематика
Используемая по умолчанию семантика рис. 3-72 означает, что A1 (экземпляры A1) могут быть частями B; A2 могут быть частями B, ...; Aj могут быть частями B. Однако, в контексте "часть чего-либо" часто требуется более сильный вариант. Например, в "Списке материалов" (BOM) кто-то хочет сказать не просто то, что A1 могут быть частями B и т.д., но и то, что каждый B действительно фактически состоит из A1, A2 и т.д. Например, кто-то захочет представить структуру компонентов для определенного вида шариковой авторучки, как показано на рис. 3-73.
Рис. 3-73
Композиционная схематика
Для фиксации этого более сильного варианта необходимо использовать примечание или язык детального описания. (В частности, в случае вида B, экземпляры которого имеют три части видов A1, A2, A3, следует добавить высказывание на языке детального описания (forall ?x(->(B?x) (exists (?y1 ?y2 ?y3)(and (A1 ?y1) (A2 ?y2) (A3 ?y3) (part-of ?y1) x) (part-of ?y2 x) (part-of ?y3 x)))). Тогда, при использовании этой более сильной семантики схематика рис. 3-73 выражает, что шариковая авторучка в данной предметной области имеет верхний корпус и нижний корпус, что первый корпус состоит из кнопки, механизма втягивания и верхней трубки, тогда как второй корпус состоит из нижней трубки и патрона, который, в свою очередь, состоит из пружины и чернил. (Добавление переходов в композиционные схематики также служит для сужения диапазона возможных интерпретаций. Например, применение перехода "&" для "соединения" нескольких связей "часть чего-либо" предотвращает возможность исключения одного или нескольких прикрепленных объектов в данной композиции. Например, при отсутствии приведенного выше высказывания на языке детального описания, рис. 3-73 допускает шариковые авторучки без пружин и механизмов втягивания. При добавлении переходов в эту схематику аналитик может показать, например, что пружины и чернила могут быть частями патронов для шариковых авторучек, но что патроны без пружин не могут существовать, и т.д.).
Схематики второго порядка
Свойства и отношения, которые устанавливаются между индивидами, сами являются
идентифицируемыми объектами (хотя и абстрактными). Но поскольку они на один
уровень абстракции выше простых объектов первого порядка, можно сказать, что
они относятся к более высокому логическому типу, следовательно, классифицируются
как объекты второго порядка. Когда свойства и отношения первого порядка
рассматриваются как объекты, они сами могут иметь свойства. Такие свойства обычно
называются свойствами второго порядка, поскольку они применяются для
объектов второго порядка. Объекты второго порядка также могут иметь отношения
друг с другом. Таким образом, виды, свойства и отношения, применяемые для индивидуальных
объектов, обычно называются объектами второго порядка, поскольку они
имеют более "высокий", более общий логический порядок, чем индивиды
или объекты первого порядка. Подобно индивидам, объекты второго порядка
могут иметь отношения с другими объектами (первого или второго порядка). Наиболее
ярким примером является отношение "подвид" (subkind-of",
которое устанавливается между видами, тогда как парадигмой отношения, устанавливаемого
между индивидами и видами (или свойствами), является отношение "экземпляр"
(instance-of).
Для представления отношений второго порядка необходим отдельный вид стрелки, поскольку стрелки обоих типов соединяют кружки и поскольку ассоциированная семантика в этих двух случаях различна. Базовая форма схематики второго порядка подобна базовой форме схематики первого порядка, за исключением использования так называемой стрелки отношений второго порядка (рис. 3-74) вместо стрелки отношений первого порядка.
Рис. 3-74
Базовая схематика второго порядка
Семантика, используемая для схематик второго порядка, является более определенной, по сравнению с семантикой, используемой для большинства схематик первого порядка. В частности, схематики второго порядка связаны с указанными видами, а не с их экземплярами: на рис. 3-74 вид, представленный левым кружком, имеет отношение (второго порядка), обозначенное стрелкой, с видом, представленным правым кружком. Кроме того, используемая по умолчанию семантика не квалифицируется; в отличие от общих схематик первого порядка, эта семантика определяет не просто то, каким образом предметы могут находиться в данной предметной области, но и то, каким образом два вида фактически связаны.
Представленная на рис. 3-75 схематика выражает, что число граждан США больше числа граждан Канады (буквально: вид "Гражданин США" имеет больше экземпляров, чем вид "Гражданин Канады").
Рис. 3-75
Пример общей схематики второго порядка
На рис. 3-76 представлена схематика, включающая отношение второго порядка "подвид" При использовании представленной выше семантики вид "шестигранный болт" является подвидом вида "крепление". (В терминах языка детального описания получаем: (subkind-of hex-headed-bolt fastener - крепление подвида "шестигранный болт") ).
Рис. 3-76
Пример схематики второго порядка с использованием "Подвида"
Классификационные схематики
Поскольку отношение подвидов достаточно распространено, используемое по умолчанию
значение стрелки отношения второго порядка без ассоциированной метки представляет
отношение подвидов, таким образом, позволяя пользователям исключить необходимость
многократного прикрепления метки "подвид" в схематике. Мотивацией
этого выбора является наблюдение, в соответствии с которым среди наиболее распространенных
механизмов представления знаний используются таксономические диаграммы (Brachman,
1985). Специалисты по предметной области, занимающиеся сбором знаний, часто
делают высказывания следующих типов: "A есть B", "A
есть тип B" или "A есть вид B". Когнитивная деятельность,
входящая в подобную организацию знаний, называется "классификацией".
Можно идентифицировать несколько различных классификаций. Два наиболее важных
типа классификации: деление описаний на категории (description subsumption)
и естественная классификация видов (natural kind classification). При
делении описаний на категории: (1) определяющие свойства вида K "верхнего
уровня" в классификации, а также свойства всех подвидов составляют жесткие
необходимые и достаточные условия для принадлежности к этим видам; (2) определяющие
свойства всех подвидов "делятся на категории" определяющими свойствами
K, в том смысле, что определяющие свойства каждого вида влекут за собой
определяющие свойства K; определяющие свойства K составляют более
общее понятие.
Напротив, в естественной классификации видов не допускается наличие жестко идентифицируемых необходимых и достаточных условий для принадлежности к виду K верхнего уровня, но, тем не менее, допускается наличие некоторых лежащих в основе структурных свойств экземпляров, которые при специализации различными методами дают подвиды K. Лучшим примером таких схем классификации, конечно, являются подлинные природные виды, например, "металл", "семейство кошачьих" и т.д., но этот принцип можно расширить до искусственных видов, например, "автомобиль" и "станок с ЧПУ". Два типа классификации представлены на рис. 3-77.
Рис. 3-77
Различные типы классификации
Очевидно, что при наличии основного понятия вида естественным применением для общего языка схематик процессов является разработка таксономических диаграмм или классификационных схематик, как они называются далее.
Как правило, классификация детализирована больше, чем показано в примерах. Большинство схем классификации включает несколько уровней более специализированных подвидов "под" общими видами в данной схеме. (Отношения "подвид" и "экземпляр" часто неоднозначно выражаются отношением "есть что-либо" (is-a) в семантических сетях и в других графических языках. Такие схемы часто называются "иерархиями отношения "есть что-либо"" (is-a hierarchy), но использование отношения "есть что-либо" не поддерживается; вместо него следует использовать отношение "подвид" или отношение "экземпляр", в зависимости от подразумеваемого значения). Для иллюстрации можно показать, что при планировании проекта большое значение имеет распределение по категориям видов ресурсов, необходимых для успешного выполнения проекта. Неформально ресурс можно определить как объект, который потребляется, используется или требуется для выполнения работ. Ресурсы играют роль обеспечения возможностей в процессах. Классификационные схематики представляют естественный способ распределения необходимых ресурсов по категориям, как показано для примера на рис. 3-78.
Рис. 3-78
Классификация ресурсов
Утаивание композиционной и классификационной информации
Как показано выше, использование композиционных отношений дает достаточно детализированные
схематики. Такая детализация может создать путаницу. Например, в дополнение
к описанию компонентной структуры вида "шариковая ручка" можно
также говорить о многих других отношениях, в которых участвуют экземпляры этого
вида (например, что ручки могут быть сделаны в Sequim, Вашингтон, что авторучки
обычно стоят дороже шариковых ручек, что "шариковая ручка"
есть подвид "ручки" и т.д.). Во многих контекстах компонентная
структура вида может быть нерелевантной; в этих случаях полезно иметь возможность
скрыть эту информацию. Тот факт, что такая информация скрывается, обозначается
в диаграмме двойным кружком (вместо стандартного одиночного кружка) для представления
вида; вверху кружка ставится буква "P" (Part-of - часть) для выделения
скрываемого вида информации, как показано на рис. 3-79.
Рис. 3-79
Утаивание композиционной информации
На этом примере иллюстрируется использование символов отношений первого и второго порядка в одной и той же схематике.
Подобным образом, часто бывает полезно скрыть детали классификации в схематике объектов. В некоторых контекстах (например, в контекстах, в которых необходимо выделить средства и персонал) информация о компьютерных системах не нужна в явной форме. Как и в случае композиционного отношения, скрытая информация обозначается двойным кружком, с использованием в данном случае буквы "С" (Classification - классификация) вверху кружка. Рис. 3-78 можно изменить таким образом, чтобы скрыть информацию о подвидах компьютерной системы и добавить информацию о средствах, в результате чего получаем схематику, представленную на рис. 3-80.
Рис. 3-80
Классификация ресурсов с использованием скрытой информации
Создание схематик расширенных переходов состояний
Конструкции общих схематик можно использовать для схематик расширенных переходов
состояний с добавлением информации, полезной для данного контекста, и цели работ,
связанных с разработкой описания. При использовании схематики переходов состояний
в центре внимания добавляется контекстная информация, как показано на рис. 3-81.
На рисунке представлены состояния, через которые проходит вода в процессе нагревания.
В схематику добавлено отношение "подвид", иллюстрирующее, что
вид "вода" имеет подвиды, представленные различными объектными
состояниями.
Рис. 3-81
Комбинированная схематика, отображающая состояния и переходы состояний
Еще один простой пример схематики, интегрирующей конструкции общих схематик объектов со схематиками переходов состояний, показан на рис. 3-82.
Рис. 3-82
Схематика объектов, включающая конструкции переходов объектных состояний
В этом примере, помимо указания перехода определенного количества краски из мокрого состояния в сухое состояние в процессе сушки, используются символы отношений для указания, что состояния "Краска: Мокрая" и "Краска: Сухая" также относятся к другим видам, как показывают метки на стрелках.
Схематика, приведенная на рис. 3-83, иллюстрирует более сложный пример.
Рис. 3-83
Другая схематика объектов, включающая конструкции переходов
объектных состояний
В центре схематики представлен переход состояний, в котором "Деталь" в состоянии S1 и "Прокладка" в состоянии S2 участвуют в процессе "Изготовить каркас" (Frammitz), в результате которого образуется "Каркас" (Frammitz) в состоянии S3. Однако, использование связей отношений дает возможность дополнительно выразить, что деталь и прокладка при выполнении этого процесса находятся в "Печи" Кроме того, можно выразить довольно много дополнительной контекстной информации, например, (1) детали представляют "Основной материал", тогда как прокладки представляют "Вспомогательный материал"; (2) оба предмета являются определенными видами "Материала"; (3) счета, по которым оплачены такие материалы, и т.д. Приведенные выше конструкции общих схематик объектов позволяют аналитику ввести множество контекстных деталей вокруг данного перехода состояний.
Важно понять, что приведенная выше интерпретация схематики рис. 3-83 не является единственно возможной. Еще важнее понять, каким образом можно определить, когда порция информации, добавленная в схематику переходов состояний, действительна только относительно данного перехода и когда она действительна вообще. Например, связь "В" (In) между "Деталью: S1" и "Печью" интерпретируется следующим образом: в указанном переходе состояний (в экземплярах) данная деталь на данном переходе находится в печи. В самой схематике нет ничего, что исключило бы следующую интерпретацию: в любой момент времени деталь находится в состоянии S1 тогда и только тогда, когда она находится в печи. Подобным образом, в данной схематике нет ничего, что определило бы, всегда ли детали считаются основным материалом или таковым считаются только те детали, которые используются в экземплярах данного перехода. Детали в других контекстах (в том же состоянии) могут считаться вспомогательным материалом. В IDEF3 используется общая интерпретация как интерпретация по умолчанию. Это значит, что если не дается других указаний, то записанные в схематике отношения рассматриваются как действительные в наиболее широком возможном контексте. Если подразумевается более узкий контекст, это может быть записано в примечании или выражено более формально на языке детального описания.
