生産システムのモデリング - dse.ssi.ist.hokudai ...dse.ssi.ist.hokudai.ac.jp/~onosato/lectures/DSE17/Modeling.pdf · クラス図とオブジェクト図クラス図(Class

3-1北海道大学小野里雅彦 200３

生産システムのモデリング生産システムのモデリング


生産システムをとらえる枠組み生産システムをとらえる枠組み

支配原理：Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｌｏｇｉｃｓ，Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ

関係要因：人(H)，物質(M)，設備(F)，情報(I)，エネルギ(E)，金($)

対象領域：製造実施系，計画・管理系，経営系

製造実施系

計画・管理系

経営系

ＰｈｙｓｉｃｓＬｏｇｉｃｓＫｎｏｗｌｅｄｇｅ

H M F E I

H M F I

$H F II

$E

I


プロセス（働き）をとらえる５つのレベルプロセス（働き）をとらえる５つのレベル

機能

簡易謄写板（プリントごっこ理想科

学）

紙＋インク → 印刷物

毎分あたり５枚印刷...

イベント／アクティビティ

紙補給→押しつけ→

転写→取り外し→・・・

挙動／動作回転運動，接触，・・・

現象流動，付着，弾性変形

基本原理支配方程式dSdt


工場のモデリング：記述の詳細度と範囲工場のモデリング：記述の詳細度と範囲

記述の範囲

工場群

フロア全体

エリア／ライン

セル／ステーション

マシン

ユニット

パーツ

パーツ部分

分子・原子

記述の詳細度

機能

ex.入出力関係，変換

イベント／アクティビティ

ex.製品出荷，加工中

挙動／動作

ex. 対象把持，搬送動作

現象

ex. 加速，変形

基本原理

ex. 波動方程式要素

基底

範囲

評価


生産業務のモデル化生産業務のモデル化

プロセスモデルデータモデル

実際の業務がプロセスの中の個々の部分でどのように行われるか，作業対象となる情報やもの（オブジェクト）に対してどのように手を施し，受け渡すか，といった仕事の流れを機能面からモデル化したもの

プロセスの中で利用・加工・生成・消去される情報やオブジェクトの内容についてモデル化したもの．

業務業務

ER図IDEF1(Information Modeling)IDEF1X(Data Modeling)IDEF5(Knowledge Modeling)

DFD(Data Flow Diagram)IDEF0(Function Modeling)IDEF1X(Data Modeling)IDEF3(Process Description Capture)

IDEF: ICAM Definition, Integrated Definition


Ｅｎｔｉｔｙ－ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐＥｎｔｉｔｙ－Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ModelModel

データとその間の関連や結びつきを表現することにより，実世界に存在する情報の意味的な構造を明確にするための手法

部部の構成員社員プロジェクト

Pメンバー

Pチーフ

1 NN

N1

M

氏名人数

E-R Diagram

「部」の実体集合と「社員」の実体集合とは「部の構成員」という関連集合で対応付き，それは１対多の対応．実体や関連には属性と属性値が付けられる．

集合のunionの記述や属性値として実体をとるといったことができない．


ＤａｔａＤａｔａＦｌｏｗＦｌｏｗＤＤiagram (DFD)iagram (DFD)

ソフトウェアシステムにおける必要な機能の要件を明確にするために，情報の流れとその処理機能を表記することを目的に開発．

• データフロー(Data Flow)：オブジェクトの流れ

• 処理(Process)／変換(Transformation)：情報の再

編成または変換

• データ記憶(Data Store)：オブジェクトを一時的に記憶

• 源泉(Source)と吸収(Sink)


ＩＤＥＦ０：ＩＤＥＦ０：ＦｕｎｃｔｉｏｎＦｕｎｃｔｉｏｎＭｏｄｅｌｉｎｇＭｏｄｅｌｉｎｇ

分析対象となるプロセスを構成する機能（アクティビティ）の関係構造をモデル化するための手法

動的挙動，条件分岐などは記述範囲外

機能（アクティビティ）

メカニズム(M)

コントロール(C)

イン

プッ

ト(I

)

アウ

トプ

ット

(O)

• ツール• 資源

• 制約• 参照情報• トリガ

Decompose


CIMCIM--OSAOSAにみるモデリングの考え方にみるモデリングの考え方

CIM-OSA(Open System Architecture for CIM)EU ESPRIT計画において1986年より４年間実施

生産システムのアーキテクチャ標準化の先駆的業績

段階的導出，段階的生成，段階的具体化の３つの軸を設定

段階的具体化

段階的導出

段階的生成

CIM-OSA

参照アーキテクチャ

CIM-OSA参照アーキテクチャ

CIM-OSA

個別アーキテクチャ


CIMCIM--OSAOSAにおけるモデルの必要条件におけるモデルの必要条件

1. モデルは，企業内の従来の意思決定，組織，活動，ビジネスプロセス，情報交換，物流を反映し，実際的で扱いの可能な実装に結びつくものでなければならない．

2. モデルは柔軟で修正が行えるもので，変化する企業環境，拘束条件，操業を反映し，とくに進化できる方法でのシステム実装を可能にするものでなければならない．

3. モデルとそれを支援するガイドラインは，製造業におけるシステムの設計，実装，操業の各段階で利用者をガイドするものでなければならない．

4. 参照アーキテクチャとそれを支援するガイドラインは，システムとシステムコンポーネントの設計，実装，市販においてベンダをガイドするものでなければならない．

5. モデルとシステムの全体的整合のためには，十分なシステム支援がおこなわれなければならない．この設計支援システムは，既存の企業CIMシステムの記述と全く新しく設計または修正されるシステムとを関連づけ，新しいシステムコンポーネントの設計選択を行えるものでなければならない．

6. CIMシステム支援は，企業内情報交換に基づいて異なる企業部門を統合するメカニズムを備えなければならない．


CIMCIM--OSAOSAフレームワークの概要フレームワークの概要

アーキテクチャの水準一般

限定

個別

モデル化の水準要求定義

設計仕様

実装記述

ビュー機能

情報

リソース

組織CIMのためのオープンシステムアーキテクチャ

大見・福田訳（日刊工業新聞社）


オブジェクト指向モデリング言語オブジェクト指向モデリング言語 UMLUML

【UML (Unified Modeling Language) 】米国 OMG（Object Modeling Group）が標準として定める統一モデリング言語．OMT, Booch法など，さまざまなオブジェクト指向分析設計手法が統合されて，ひとつの言語仕様に集約

特定の設計分析手法とは独立した記法を提供

ダイヤグラム記法を与えることでわかりやすい

記法（文法）とともに意味（セマンティックス）を定義．統一された解釈を保証

並列処理，分散処理などの記述が可能

ＵＭＬの特徴


ＵＭＬのドキュメント構成ＵＭＬのドキュメント構成

ＵＭＬサマリー：ＵＭＬの概要記述と残りのドキュメントへの導入

ＵＭＬセマンティックス：ＵＭＬに基づくモデルを解釈する基礎となるメタモデルを，ＵＭＬ記法と自然言語により記述

ＵＭＬ記法ガイド：ＵＭＬによるモデル記法の使用法を例を用いて解説

プロセス固有の拡張：開発プロセスやビジネスモデリングへの応用を考慮し，ＵＭＬを拡張する際の拡張メカニズムとそれに基づく追加アイコン案を提示

CORBAファシリティＩＤＬ記法：ＵＭＬモデル情報の相互運用性を確保するためのＩＤＬ(interface definition language)に基づくインタフェース定義を解説

ＵＭＬ標準要素：ＵＭＬで既定義の標準要素（ステレオタイプ，タグ付き値，制約）を解説

オブジェクト制約言語ＯＣＬ仕様：オブジェクト指向制約言語ＯＣＬ（ＯｂｊｅｃｔＣｏｎｓｔｒａｉｎｔＬａｎｇｕａｇｅ）を解説


UMLUMLの４階層言語構成の４階層言語構成

モデル要素：モデルを構成する基本要素構造：クラス／オブジェクト，インタフェース，ユースケース，プロセス／スレッド，コンポーネント，ノード

振る舞い：相互作用，状態マシン

その他：パッケージ，ノート

関係：基本要素間の接続関連，汎化関係，依存関係，洗練関係

メカニズム：モデル要素や関係に対し，注釈を付けて修飾したり，拡張する手段を提供

ダイアグラム：上記のものをある視点からまとめて提示する図式を提供

構造図：クラス図，オブジェクト図，パッケージ図

振る舞い図：ユースケース図，シーケンス図，コラボレーション図，ステートチャート図，アクティビティ図

実装図：コンポーネント図，配置図


クラス図とオブジェクト図クラス図とオブジェクト図

クラス図(Class Diagram)対象領域やシステムの静的な構造を，クラスとそれらの間の関係として表現したもの．

クラス間には関連，依存関係，汎化，集約などの関係を張ることで構造を作る．

オブジェクト図 (Object Diagram)

クラス図の１事例．システムのある実行時点でのスナップショットを記述．


シーケンス図とコラボレーション図シーケンス図とコラボレーション図

シーケンス図(Sequence Diagram)あるコラボレーションに参加するオブジェクト間でやりとりされる個々のメッセージ送受信の時間的順序

コラボレーション図(Collaboration Diagram)あるコラボレーションに参加するオブジェクト間で送受信されるメッセージを，それらのオブジェクト間の接続関係とともに示す．

シーケンス図コラボレーション図


ステートチャート図ステートチャート図

ステートチャート図(State Chart Diagram)クラスの取りうるライフサイクルの状態遷移図として，Harelのス

テートチャート記法で表現したもの．

従来の状態遷移図と較べて，

状態の入れ子

遷移とアクションの継承

状態履歴

が追加され，表現力と

記述の簡潔さが向上


ユースケース図ユースケース図

ユースケース図(Use Case Diagram)システムの利用しかたを外部の視点から記

述したもの．システムの利用者のタイプ（アクタ）と併せて記述

関係のキーワードラベル

<communicates> ：アクタとユースケースとの相互作用

<uses>：ユースケースの内部で別のユースケースのインスタンスを呼び出して使用する関係

<extends>：一般的なユースケースとそのバリエーションや例外を与えるユースケースとの関係を示す．


アクティビティ図アクティビティ図

アクティビティ図(Activity Diagram)ワークフローを表現するために用いられる．ステートチャート図の特殊形

DFD(Data Flow Diagram)の代用が可能

手続き指向であり，オブジェクト指向との整合性の確保に注意が必要．


コンポーネント図と配置図コンポーネント図と配置図

コンポーネント図(Component Diagram)ソフトウェア・ユニット間の依存関係を示すもので，ソフトウェアモジュールの構成や版管理も表現できる．

配置図（Deployment Diagram)ハードウェアにどうソフトウェアを配置するか，という観点からシステムを表現したもの．ランタイムシステムの構成管理


UMLUMLによるシステム開発例によるシステム開発例

お風呂温度水量設定システム

山田，鈴木監修具志堅，垣花，倉骨著「実践的ＵＭＬ入門」 ASCII,２００２から引用抜粋

ユースケース図

浴室内の浴槽の中の

水（湯）の温度と水量

をそとから指定


UMLUMLによるシステム開発例によるシステム開発例

山田，鈴木監修具志堅，垣花，倉骨著「実践的ＵＭＬ入門」 ASCII,２００２から引用抜粋

クラス図

湯ふね

リモートコントローラ

バスタブコントローラ

センサ

給湯器


UMLUMLによるシステム開発例によるシステム開発例山田，鈴木監修具志堅，垣花，倉骨著「実践的ＵＭＬ入門」 ASCII,２００２から引用抜粋

アクティビティ図：システムの振る舞いをモデリング



クラス図：開発仕様向け



ステートチャート図



シーケンス図



クラス図：実行／開発環境に合わせた詳細化

（Java + Swing）



IIOS

* Integrated Inter-exchangeable Object-modeling and Simulation System for Opensource Software Environment)

ＩＩＯＳ*によるシステム実装例の動作画面

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