[論文レビュー] Modeling Physical/Digital Systems: Formal Event-B vs. Diagrammatic Thinging Machine

Sabah Al‐Fedaghi|arXiv (Cornell University)|May 20, 2020

Model-Driven Software Engineering Techniques参考文献 15被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、物理的／デジタルシステムのモデリングにおいて、形式的 Event-B と図式的 Throwing Machine (TM) を比較し、ブリッジ交通を事例に検討する。形式的 Event-B は集合論と一階論理を用いたきめ細やかな形式的検証を提供するが、TM は5つの基本的演算とイベントを通じて直感的で階層的な可視化を提供する。これは、ソフトウェア工学におけるシステムモデリングにおいて、両者の補完的利点を示している。

ABSTRACT

Models are centrally important in many scientific fields. A model is a representation of a selected part of the world, which is the model s target system. Here, a system consists of a software portion as a component among many others. Event-B is a modeling method for formalizing and developing systems whose components can be modeled based on set theory and first-order logic. The thinging machine (TM) is a diagram-based model establishes three levels of representation: (1) a static structural description, which is constructed upon the flow of things in five generic operations (activities; i.e., create, process, release, transfer, and receive); (2) a dynamic representation, which identifies hierarchies of events based on five generic events; and (3) a behavioral representation according to the chronology of events. This paper is an exercise in contrasting the formal Event-B to the diagrammatic TM. The purpose is to further understand modeling in computer science. This is motivated by the claim that computer scientists should not invent specific languages to do the modeling. Important notions such as events and behavior are contrasted, and a case study system of traffic on a bridge is modeled in Event-B and TM. The results seem to indicate the need for both modeling approaches.

研究の動機と目的

• 物理的／デジタルシステムのモデリングとしての形式的 Event-B と図式的 Throwing Machine (TM) のアプローチを比較すること。
• 各手法がイベント、行動、システム構造を表現する上で適しているかどうかを評価すること。
• 両方の形式的および図式的アプローチが、包括的なシステムモデリングに必要かどうかを調査すること。
• Event-B と TM の両方でモデリングされたブリッジ交通の事例を提示し、比較分析を可能にする。

提案手法

• 集合論と一階論理を用いた形式的仕様に基づき、Event-B を用いてブリッジ交通システムをモデリングする。
• 5つの一般化された演算（作成、処理、解放、転送、受信）を用いて、TM における静的構造的記述を構築する。
• 5つの一般化されたイベントの階層を用いて、TM における動的表現を構築する。
• イベントの時系列に従って、TM における行動的表現を開発する。
• 両手法を同じ事例に適用し、直接的な比較を可能にする。
• 構造的、動的、行動的側面を両モデリング手法で示すために、18枚の図を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Event-B と Throwing Machine は、システム構成要素と相互作用をどのように異なる方法で表現するか？
• RQ2 形式的モデリング（Event-B）と図式的モデリング（TM）の両者において、システム行動を捉える際の長所と短所は何か？
• RQ3 形式的および図式的アプローチが、複雑な物理的／デジタルシステムのモデリングにおいて効果的に共存できるか？
• RQ4 TM の5つの一般化された演算とイベントは、Event-B の形式的論理と比較して、システム理解にどのように寄与するか？
• RQ5 ブリッジ交通の事例から、形式的および図式的手法の実用的利用についてどのような洞察が得られるか？

主な発見

• Event-B は集合論と一階論理を用いた数学的にきめ細やかなシステム仕様の基盤を提供する。
• TM は5つのコアな演算とイベントを通じて、システム構造、ダイナミクス、行動の視覚的で階層的な表現を提供する。
• 事例研究から、両手法は補完的な洞察をもたらすことがわかった：Event-B は形式的検証によって正しさを保証するが、TM は直感的な理解を向上させる。
• 結果から、形式的モデリングと図式的モデリングの両手法は、システム開発において別個のが価値ある役割を果たすことが示唆される。
• 両手法の統合は、ソフトウェア工学におけるより堅牢で理解しやすいシステムモデルの構築に繋がる可能性がある。