ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ FAKULTA STROJNÍ ÚSTAV PŘÍSTROJOVÉ A ŘÍDICÍ TECHNIKY

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ

FAKULTA STROJNÍ

ÚSTAV PŘÍSTROJOVÉ A ŘÍDICÍ TECHNIKY

ODBOR AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ A INŽENÝRSKÉ INFORMATIKY

Aplikace objektově orientovaných metod pro analýzu a návrh

řídicích systémů složitých komplexů

Prof. Jiří Bíla

Vývoj přístupů k analýze složitých komplexů.

Stručný nástin vývoje OMT a UML

Model Entity – RelationshipCodd et al. 1990

statické vztahy mezi entitami

OOACoad, Yourdon 1990

Objektově orientovaná analýza

DFDDeMarco 1978Diagram toku dat

State diagramsWard, Mellor 1985

Stavové diagramy

OOSEJacobson 1994

Zavedení Use-Case

OMTRumbough et al. 1991

Objektová modelovací technika

Object-oriented designBooch 1991

komponentový diagram, diagram nasazení

Unified Method 0.8Rumbaugh, Booch 1995

UML 0.9 - 1996

UML 1.0 - 1997OMG – ObjectManagement Group

UML 2.0 - 2004

Základní pojmy OMT a UML – Objektový diagram

ASprávce SW

(from Use Case View)

OBezpečnostní_systém

SOS_11 : TSOS_skříňSOS_12 : TSOS_skříňSOS_13 : TSOS_skříňSOS_14 : TSOS_skříňSOS_15 : TSOS_skříňSOS_16 : TSOS_skříňSOS_17 : TSOS_skříňSOS_21 : TSOS_skříňSOS_22 : TSOS_skříňSOS_23 : TSOS_skříňSOS_24 : TSOS_skříňSOS_25 : TSOS_skříňSOS_26 : TSOS_skříňSOS_27 : TSOS_skříň

Vytvoř_skříň()Smaž_skříň()Uprav_skříň()

1

1

1

1Edituje

AVnitřní_TV_okruh


AOsoba_v_tunelu


TMonitor

Světelná_houkačka : boolean = FalseAkustická_houkačka : boolean = False

Zapnout_houkačky()Vypnout_houkačky()Zobraz_Dveře()Zobraz_Přítomnost()Zobraz_tlačítko()

AŘízení_dopravy

ODatabáze

Datum : DateČas : TimeUdálost : stringObsluha : string

Zapiš_událost()

11

11

má data uložena v

AHasiči


TSOS_skříň1

Tlačítko_Policie : TTlačítkoTlačítko_Sanita : TTlačítkoTlačítko_Hasiči : TTlačítkoTlačítko_Odtah : TTlačítkoČidlo_Dveře : TČidloČidlo_Přítomnost : TČidloStav_majáku : boolean = FalseOznačení_skříně : stringÚsek : stringUdálost : stringHŘDÚ : TVelínSAT : TVelínATM : TVelín

Stisk_tlačítka()Otevření_dveří()Přítomnost()Zapnout_maják()Vypnout_maják()

1 141 14

je tvořena

114

114

Ak tivuje k ameru

1

1

1

1

používá SOS sk říň

AObsluha

TVelín

Storno : TTlačítkoOK : TTlačítkoZastavit_VTT : TTlačítkoZastavit_ZTT : TTlačítkoMonitor : TMonitor

Stisk_Storno()Stisk_OK()Stisk_Zastavit_VTT()Stisk_Zastavit_ZTT()

11

11

Zobrazuje se na1

3

1

3

Zastavuje

1

3

1

3

Uk ládá do databáze

3

1

3

1

Přivolává

3

14

3

14Signalizuje stav

1

1

1

1 obsluhuje

Základní pojmy OMT a UML – Stavový diagram

SUdálost_v_SOS_skříni

entry: ^Monitor.Zapnout_houkačkyentry: ^Monitor.Zobraz_událost(Událost_v_SOS_skříni)

SKvitování

entry: ^Monitor.Vypnout_houkačkyentry: ÔDatabáze.Zapiš_událost("Kvitace")

SZastavení_ZTT

entry: ^Monitor.Vypnout_houkačkyentry: ÔDatabáze.Zapiš_událost(Událost_v_SOS_skříni)entry: ÂŘízení_dopravy.Zastavení_ZTT

SZastavení_VTT

entry: ^Monitor.Vypnout_houkačkyentry: ÔDatabáze.Zapiš_událost(Událost_v_SOS_skříni)entry: ÂŘízení_dopravy.Zastavení_VTT

SStrorno_poplachu

entry: ^Monitor.Vypnout_houkačkyentry: ÔDatabáze.Zapiš_událost("Storno")

SZastavení_VTT


SZastavení_ZTT


Stisk_OK

Stisk_Zastavit_ZTTStisk_Zastavit_VTT

Stisk_Storno

Událost_v_SOS_skříni


Stisk_Zastavit_VTT

Stisk_Zastavit_ZTT

•Z pohledu analytika – „Je splněno zadání?“

•Z pohledu zadavatele – „Plní systém požadovanou funkci?“

•Z pohledu experta – „Dokáži se orientovat v modelech, abych je mohl zkontrolovat?“

•Z pohledu implementátora – „Jsou modely napsány korektně pro implementaci?“

•Z pohledu optimálnosti – „Jsou modely nejlepší z možných (srovnatelných)?“

Korektnost návrhů

Aplikace OMT a UML na analýzu složitého komplexu.

Automobilový tunel Mrázovka – řídicí software

Přístupy k metodě hodnocení vytvořených modelů v UML.

HODNOCENÍ VARIANT

Přehlednost a jednoduchost

Přehlednost a jednoduchost modelů - Substrátně strukturní entropie

u1

u2 u3

u4 u5

u7

u6

u8

a1 a2

a3 a3

a5

a4

a7a6

n

k

m

i

ikik

n

e

n

esH

1 1 1ln

1

8

1

7

1 18ln

18k i

ikik eesH

07

1ln

7

1

7

1ln

7

10

7

1ln

7

1

7

1ln

7

1

7

2ln

7

2

7

1ln

7

1

7

1ln

7

1

sH

7

2ln

7

2

7

1ln

7

6sH

358,0668,1 sH

0259,2sH

Kde: n – počet uzlů, m – počet vazeb eik – počet dvojic vázaných vztahem i, který

vychází z uzlu k

Objektové diagramy - Substrátně strukturní entropie

ASprávce SW





1

1

1

1Edituje

AVnitřní_TV_okruh


AOsoba_v_tunelu


TMonitor



AŘízení_dopravy

ODatabáze


Zapiš_událost()

11

11

má data uložena v

AHasiči


TSOS_skříň1



1 141 14

je tvořena

114

114

Ak tivuje k ameru

1

1

1

1


AObsluha

TVelín



11

11

Zobrazuje se na1

3

1

3

Zastavuje

1

3

1

3


3

1

3

1

Přivolává

3

14

3

14Signalizuje stav

1

1

1

1 obsluhuje


ASprávce SW





1

1

1

1Edituje

AVnitřní_TV_okruh


AOsoba_v_tunelu


TMonitor



AŘízení_dopravy

ODatabáze


Zapiš_událost()

11

11

má data uložena v

AHasiči


TSOS_skříň1



1 141 14

je tvořena

114

114

Ak tivuje k ameru

1

1

1

1


AObsluha

TVelín



11

11

Zobrazuje se na1

3

1

3

Zastavuje

1

3

1

3


3

1

3

1

Přivolává

3

14

3

14Signalizuje stav

1

1

1

1 obsluhuje


TVelín



TVelín



SAT

ATM PČR


SAT

ATM PČR

Stavové diagramy - Substrátně strukturní entropie

SUdálost_v_SOS_skříni

entry: ^Monitor.Zapnout_houkačkyentry: ^Monitor.Zobraz_událost(Událost_v_SOS_skříni)

SKvitování

entry: ^Monitor.Vypnout_houkačkyentry: ÔDatabáze.Zapiš_událost("Kvitace")

SZastavení_ZTT


SZastavení_VTT


SStrorno_poplachu

entry: ^Monitor.Vypnout_houkačkyentry: ÔDatabáze.Zapiš_událost("Storno")

SZastavení_VTT


SZastavení_ZTT


Stisk_OK

Stisk_Zastavit_ZTTStisk_Zastavit_VTT

Stisk_Storno



Stisk_Zastavit_VTT

Stisk_Zastavit_ZTT

Stavové diagramy - Substrátně strukturní entropie

Substrátně strukturní entropie objektových modelů

1

1ln

1

nn

msHS

kde n – počet všech stavů v celém modelu (včetně Start a Stop stavů), m – počet všech stavových přechodů

1001

m

nsH R [%]

n

k

m

i

ikik

n

e

n

esH

1 1 1ln

1

Objektové / třídové diagramy

kde n – počet všech tříd / objektů v celém modelu, m – počet všech vazeb (asociací, agregací, …) eik – počet dvojic tříd / objektů vázaných vazbou i, která vychází ze třídy / objektu k

Stavové diagramy

Optimálnost

Optimálnost modelů - Modifikovaná Míra Explanační Koherence

Explanační koherence (H. Takeda 1994):

12

eeN

NEC ij

kde e je celkový počet specifikací (#S), N je celkový počet vrcholů důkazového grafu a Nij je počet vrcholů sk v důkazovém grafu, pro který existuje sekvence

přímých hran z vrcholu sk do vrcholu si a zároveň z vrcholu sk do vrcholu sj (vrcholy

sk, si, sj jsou části specifikace)

Abduktivní přístup:

SKDS Na dané znalosti K aplikujeme návrh řešení DS. Výsledek porovnáme s požadavky S. Postupnými kroky za neustálého rozšiřování znalostí K dosáhneme daných požadavků S.


Množina Asociovaných Znalostí X

Množina X Asociovaných Znalostí je získána jako výsledek Dotazovací fáze – hledání chyb ve struktuře UML modelu a hledání nadbytečných informací v tomto modelu. K této množině X definujme další dvě množiny: … množina koeficientů důležitosti; … množina koeficientů objektové kategorie

Množina Koeficientů důležitosti

Tyto koeficienty jsou získány libovolnou expertní metodou při zachování dvou podmínek: čím větší „důležitost“, tím vyšší je hodnota ; hodnoty koeficientů musí být v intervalu 1, 2.

Množina Koeficientů objektové kategorie

Hodnota koeficientů j je dán konceptuální kategorizací:

0 = { (třída) = 1,75; (objekt) = 1,65; (vazba) = 1,5; (závislost) = 1,4; (atribut) = 1,3; (operace) = 1,2 }

Kontext návrhového problému

XCNX

Příklad: CNX = { (SOS_Skříň; 1,3;1,75); (Hasiči; 1,2;1,3); …


Závislost (Nezávislost) Asociovaných Znalostí

Definice 1.: Asociované znalosti x1 , x2 jsou závislé (DNT(x1,x2)), jestliže splňují jednu (nebo obě) z následujících podmínek:

- Změna (variace) x1 je spojena se změnou x2 .

- Použití x1 v řešení problému vylučuje použití x2 .

V této práci je přitom uvažován pouze kvalitativní aspekt vztahu DNT, nikoli jeho vliv.

Definice 2.: Asociované znalosti x1, x2 , které nejsou závislé, jsou uvažovány jako nezávislé (IND(x1,x2)).

Vztah DNT (resp. IND) je vyjádřen pomocí kvalitativní matice MQ typu:

X1 X2 X3 X4 X5

X1 1 1 1 0

X2 1 0 0

X3 1 0

X4 1

X5

Pole 1 zde znamenají, že znalost xi je závislá na znalosti xj

--

--

-


Modifikovaná Míra Explanační Koherence

maxmax, 1

2

NNEC ee

kjM

kde indexy (j,k) odpovídají prvku 1 v Kvalitativní Matici MQ (tyto 1 reprezentují

páry (xj,xk), každý s hodnotou (j, j), (k, k).

Koeficienty (e, e) jsou ty větší z obou). N je počet X.

Maximální a Relativní Modifikovaná Míra Explanační Koherence

ECR = ECM / ECMAX








TŘízení_Dopravy

TŘízení_Ventilace

TŘízení_Rozhlas

TŘízení_TVOkruh

Technologie

Pozar_ZTT()Pozar_VTT()Zobraz_kameru()

<<Interface>>

Signalizace_dopravě

Signalizace_ventilaci

Signalizace_rozhlasu

Signalizace_TV

TVelín_PožárKomunik ace

TŘízení_Dopravy


TŘízení_Rozhlas

TŘízení_TVOkruh

IDoprava

Pozar_ZTT()Pozar_VTT()

<<Interface>>Signalizace_dopravě

IVentilace


<<Interface>>Signalizace_ventilaci

IRozhlas


<<Interface>>Signalizace_rozhlasu

ITV_dohled

Pozar_ZTT()Pozar_VTT()Zobraz_kameru()

<<Interface>>

Signalizace_TV

TVelín_Požár

Uzavírání_tunelu

Ak tivace_větrání

Ak tivace_rozhlasu

Zaměření_k amer

a)

b)

TŘízení_Dopravy


TŘízení_Rozhlas

TŘízení_TVOkruh

TVelín_Požár

Optimálnost modelů - Modifikovaná Míra Explanační Koherence X X01 X02 X03 X04 X05 X06 X07 X08 X09 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X18 X19 X20 X21 X22

TVelín_Požár 1,3 1,75 X01 - 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0IDoprava 1,3 1,65 X02 - 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0

Požár_ZTT 1,3 1,20 X03 - 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0Požár_VTT 1,3 1,20 X04 - 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0

IVentilace 1,3 1,65 X05 - 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0Požár_ZTT 1,3 1,20 X06 - 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0Požár_VTT 1,3 1,20 X07 - 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0

IRozhlas 1,3 1,65 X08 - 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0Požár_ZTT 1,3 1,20 X09 - 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0Požár_VTT 1,3 1,20 X10 - 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0ITV_dohled 1,3 1,65 X11 - 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1Požár_ZTT 1,3 1,20 X12 - 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1Požár_VTT 1,3 1,20 X13 - 0 0 0 0 1 0 0 0 1

Zobraz_kameru 1,3 1,20 X14 - 0 0 0 1 0 0 0 1Uzavírání_tunelu 1,3 1,50 X15 - 0 0 0 0 0 0 0Aktivace_větrání 1,3 1,50 X16 - 0 0 0 0 0 0

Aktivace_rozhlasu 1,3 1,50 X17 - 0 0 0 0 0Zaměření_kamer 1,3 1,50 X18 - 0 0 0 0

Signalizace_dopravě 1,3 1,50 X19 - 0 0 0Signalizace_ventilaci 1,3 1,50 X20 - 0 0Signalizace_rozhlasu 1,3 1,50 X21 - 0

Signalizace_TV 1,3 1,50 X22 -

2454,005,1051

96,1282

75,13,112222

65,13,165,13,175,13,175,13,12

1

2

maxmax

NN

EC eeM

8709,005,1051

67,4572

75,13,112222

65,13,165,13,175,13,175,13,12

1

2

maxmax

,,

NN

EC kjkjMAX

%18,281008709,0

2454,0100

MAX

MR EC

ECEC

Optimálnost modelů - Modifikovaná Míra Explanační Koherence X X01 X02 X03 X04 X05 X06 X07 X08 X09 X10

TVelín_Požár 1,3 1,75 X01 - 1 1 1 1 1 0 0 0 0ITechnologie 1,3 1,65 X02 - 1 1 1 1 1 1 1 1Požár_ZTT 1,3 1,20 X03 - 0 0 1 1 1 1 1Požár_VTT 1,3 1,20 X04 - 0 1 1 1 1 1

Zobraz_kameru 1,3 1,20 X05 - 1 0 0 0 1Komunikace 1,3 1,50 X06 - 0 0 0 0

Signalizace_dopravě 1,3 1,50 X07 - 0 0 0Signalizace_ventilaci 1,3 1,50 X08 - 0 0Signalizace_rozhlasu 1,3 1,50 X09 - 0

Signalizace_TV 1,3 1,50 X10 -

5073,075,204

94,512

75,13,111010

65,13,165,13,175,13,175,13,12

1

2

maxmax

NN

EC eeM

8895,075,204

07,912

75,13,111010

65,13,165,13,175,13,175,13,12

1

2

maxmax

,,

NN

EC kjkjMAX

%03,571008895,0

5073,0100

MAX

MR EC

ECEC

Software podporující aplikaci metod SSE a ECm.

Program UMLEvaluation - screenshots

Documents

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ FAKULTA STROJNÍ ÚSTAV PŘÍSTROJOVÉ A ŘÍDICÍ TECHNIKY