統一モデリング言語

UM
家族	モデリング言語
Webサイト	www.uml.org​​

統一モデリング言語（UML）は、汎用のオブジェクト指向のビジュアルモデリング言語であり、システムのアーキテクチャと設計を青写真のように視覚化する方法を提供します。^{[ 1 ] [ 2 ]} UMLは、動作、相互作用、構造などの側面に焦点を当てた多くの種類のダイアグラムの表記法を定義します。

UMLは、形式的なメタモデルであると同時に、グラフィカルなテンプレートの集合でもあります。メタモデルは、クラスやプロパティといったオブジェクト指向モデルの要素を定義します。これは本質的にはオブジェクト指向プログラミング（OOP）におけるメタモデルと同じものですが、OOPにおいては、メタモデルは主に実行時にアプリケーションオブジェクトモデルを動的に検査・変更するために使用されます。UMLメタモデルは、モデリング言語において、新たなシステムを記述するために使用されるグラフィカルなビューのための、数学的かつ形式的な基盤を提供します。

UMLは、 OOPSLA '95カンファレンスにおいて、オブジェクト指向プログラミングの標準言語を定義する試みとして作成されました。当初、Grady BoochとJames Rumbaughは、それぞれのモデルを統合して統一モデルを作成しました。その後、Boochの会社であるRational SoftwareがIvar JacobsonのObjectory社を買収し、彼らのモデルをUMLに統合しました。当時、RationalとObjectoryは、オブジェクト指向ツールとメソッドを提供する独立系ベンダーの小さな世界において、有力な二大勢力でした。^{[ 3 ]}その後、 Object Management Group (OMG)がUMLの所有権を取得しました。

UMLは、当時のソフトウェア設計における表記法やアプローチのばらばらな性質を標準化したいという願望から生まれました。^{[ 4 ]} 1997年、UMLはオブジェクト管理グループ（OMG）によって標準として採用され、それ以来この組織によって管理されています。2005年には、国際標準化機構（ISO）と国際電気標準会議（IEC）によってISO/IEC 19501標準として発行されました。^{[ 5 ]}それ以来、この標準は定期的に改訂され、UMLの最新版に対応しています。^{[ 6 ]}

ほとんどの開発者はUMLそのものを使用するのではなく、より非公式な図（多くの場合手描き）を作成します。しかし、これらの図にはUMLの要素が含まれていることがよくあります。^{[ 7 ] : 536}

使用

UMLは主にソフトウェア開発（あらゆる業界や分野で）に使用されています^{[ 8 ]}が、ビジネスプロセス、システム機能、データベーススキーマ、法制度のワークフロー、医療用電子機器、ヘルスケアシステム、ハードウェア設計など、他の分野でも使用されています^{[ 9 ]}。

UMLは、 OMT、Booch法、Objectory、そして特にRUPなど、今日だけでなく開発当初から使われている多くのオブジェクト指向ソフトウェア開発手法で使用できるように設計されています。RUPは、Rational Softwareでの開発開始当初から、UMLと併用されることが想定されていました。^{[ 10 ]}もともとオブジェクト指向設計ドキュメントを目的としていましたが、UMLはビジネスプロセスのモデリングなど、他のコンテキストでも効果的に使用されています。^{[ 11 ] [ 12 ]}

UMLは特定のプログラミング言語に本質的に結びついていないため、言語に依存しないシステムのモデリングに使用できます。一部のUMLツールは、 UMLモデルからソースコードを生成します。 ^{[ 13 ]}

要素

旅行予約システムのコンポーネント

UMLダイアグラムは次のようなシステムの側面を視覚化することをサポートします: ^{[ 14 ]}

• ユーザーとシステムのインタラクションを指定するためのユースケース図
• データ構造を含む構造を指定するためのクラス図
• ビジネスプロセスワークフローを指定するためのアクティビティ図
• コンポーネントが他のコンポーネントとどのようにインターフェースするかを指定するためのコンポーネント図
• 計算ノード上でコンポーネントがどのように展開され実行されるかを指定するための配置図

UML ダイアグラムでは、明確に定義されたセマンティクスを持つ構文 (表記) 要素に加えて、使用法、制約、意図などの側面を説明する自由形式のコメント (メモ) も使用できます。

共有

UML モデルは、XML メタデータ交換(XMI) 形式を介してUML ツール間で交換できます。

基数表記

データベースのChen、Bachman、ISO ER図と同様に、クラスモデルは「look-across」カーディナリティを使用するように規定されていますが、Merise、^{[ 15 ]} Elmasri & Navathe、^{[ 16 ]} 他^{[ 17 ]} )は、ロールと最小カーディナリティおよび最大カーディナリティの両方について、同じ側または「look-here」カーディナリティを推奨しています。最近の研究者（Feinerer ^{[ 18 ]} およびDullea他^{[ 19 ]} )は、UMLおよびER図で使用される「look-across」手法は、2より大きい順序を持つn項関係に適用した場合、効果が低く、一貫性も低いことを示しています。

ファイネラーは次のように述べている。「UMLの関連付けに使用されているルックアクロスセマンティクスに基づいて操作すると、問題が発生します。ハートマン^{[ 20 ]}はこの状況を調査し、さまざまな変換が失敗する理由と方法を示しています。」また、「次の数ページで説明するように、ルックアクロスの解釈は、2項関連付けからn項関連付け への単純なメカニズムの拡張を妨げるいくつかの困難をもたらします。」

遺物

アーティファクトの顕現コンポーネント

成果物とは、「ソフトウェア開発プロセス、またはシステムの展開と運用によって使用または生成される物理的な情報の仕様」 ^{[ 21 ]}であり、モデル、ソースコード、スクリプト、実行可能ファイル、データベースシステムのテーブル、開発成果物、設計文書、電子メールメッセージなどが含まれます。^{[ 21 ]}

アーティファクトとは、 ノードに配置される物理的な実体です。^{[ 21 ]}クラスやコンポーネントなどの他のUML要素は、まずアーティファクトとして表現され、その後、これらのアーティファクトのインスタンスが配置されます。アーティファクトは他のアーティファクトから構成されることもあります。

メタモデリング

メタオブジェクト機能の図解

OMGはUMLを定義するためのメタモデリング・アーキテクチャ、 Meta-Object Facility (MOF) を開発しました。^{[ 22 ]} MOFは右図に示すように4層構造のアーキテクチャとして設計されています。最上位層にはM3層と呼ばれるメタメタモデルが存在します。このM3モデルは、Meta-Object FacilityがM2モデルと呼ばれるメタモデルを構築するために使用する言語です。

第2層メタオブジェクト機能モデルの最も顕著な例は、UML自体を記述するUMLメタモデルです。これらのM2モデルはM1層の要素、つまりM1モデルを記述します。これらは例えばUMLで記述されたモデルです。最後の層はM0層、つまりデータ層です。これはシステムの実行時インスタンスを記述するために使用されます。^{[ 23 ]}

メタモデルはステレオタイプと呼ばれるメカニズムを用いて拡張することができます。これは、ブライアン・ヘンダーソン＝セラーズとセザール・ゴンザレス＝ペレスによる「UML 1.x および 2.0 におけるステレオタイプメカニズムの活用と濫用」において、不十分/非現実的であると批判されています。^{[ 24 ]}

図表

UML 2は多くの種類の図を定義しており、画像では分類法として示されています。 ^{[ 14 ] [ 25 ]}

UML 2.2 図の階層構造（クラス図として表示）

構造図

構造図は、オブジェクト、分類子、関係、属性、操作を用いてシステムの構造を強調します。ソフトウェアアーキテクチャを文書化するために使用されます。

• クラス図– クラスの構造を記述する
• コンポーネント図– ソフトウェアシステムがどのようにコンポーネントに分割され、コンポーネント間の依存関係があるのか​​を説明します。
• 複合構造図
• 展開図
• オブジェクト図
• パッケージ図
• プロファイル図

動作図

動作図は、オブジェクト間の連携やオブジェクトの内部状態の変化を示すことで、システムの振る舞いを強調します。システムの機能を記述するために使用されます。

• アクティビティ図– コンポーネントのビジネスおよび運用アクティビティを記述します
• ステートマシン図
• ユースケース図– ユーザーとシステムのやりとりを描写する^{[ 26 ]}

相互作用図

動作図のサブセットである相互作用図は、システムのコンポーネント間の制御とデータの流れを強調します。

• コミュニケーション図– コンポーネント間の通信を示します
• 相互作用の概要図
• シーケンス図– 時系列で並べられたインタラクションを示します。Lucidchart や Draw.io などのツールを使用して描画できます。
• タイミング図– タイミング制約に焦点を当てる

例

• 
  コンポーネント図
• 
  クラス図
• 
  アクティビティ図
• 
  ユースケース図
• 
  ユースケース図
• 
  展開図

採択

2013年、UMLはOMGによって様々な用途向けに販売されていましたが、主にソフトウェア開発を目的としていたため、成功は限定的でした。^{[ 12 ] [ 27 ]}

UMLは時に設計の万能薬のように扱われ、問題を引き起こしてきました。UMLの誤用には、過剰な使用（システムのあらゆる部分をUMLで設計するなど、不必要）や、初心者でもUMLを使って設計できると想定することが含まれます。^{[ 28 ]}

UMLは多くの構成要素を持つ大規模な言語であると考えられています。一部の人々（ジェイコブソン氏を含む）は、UMLの規模が学習と普及の妨げになっていると考えています。^{[ 29 ]}

Visual Studioは、使用頻度の低さから2016年にUMLのサポートを廃止しました。^{[ 30 ]}

歴史

オブジェクト指向のメソッドと表記法のタイムラインと関係

UMLは1990年代後半から進化を続け、そのルーツは1980年代後半から1990年代初頭にかけて開発されたオブジェクト指向プログラミング手法にあります。この画像は、UMLをはじめとするオブジェクト指向モデリング手法と表記法の歴史を時系列で示しています。

起源

ラショナル・ソフトウェアは1994年にゼネラル・エレクトリックからジェームズ・ランボーを雇用し、その後、当時最も普及していた2つのオブジェクト指向モデリング手法、すなわち^{[ 31 ]}ランボーのオブジェクトモデリング技法（OMT）とグレイディ・ブーチの手法の源泉となった。彼らはすぐに、オブジェクト指向ソフトウェア工学（OOSE）手法の創始者であるアイヴァー・ジェイコブソンの支援を受け、1995年にラショナルに入社した。^{[ 4 ]}

UML 1.x

UMLはもともとブーチ法、オブジェクトモデリング技術（OMT）、オブジェクト指向ソフトウェア工学（OOSE）の表記法に基づいており、これらが1つの言語に統合されました。^{[ 14 ]} UMLは1994年から1995年にかけてラショナルソフトウェアで開発され、1996年まで同社によってさらなる開発が進められました。^{[ 4 ]}

1996年、ラムボー、ジェイコブソン、ブーチの技術的リーダーシップの下、 UMLパートナーと呼ばれるコンソーシアムが組織され、統一モデリング言語（UML）仕様を完成させ、標準化のためにオブジェクト管理グループ（OMG）に提案しました。このパートナーシップには、HP、DEC、IBM、Microsoftなどの追加の利害関係者も含まれていました。UMLパートナーのUML 1.0ドラフトは、コンソーシアムによって1997年1月にOMGに提案されました。同月、UMLパートナーは、言語構成要素の正確な意味を定義することを目的としたグループを結成しました。このグループは、クリス・コブリンが議長を務め、エド・エイクホルトが運営し、仕様を完成させ、他の標準化活動と統合しました。この作業の結果であるUML 1.1は、1997年8月にOMGに提出され、1997年11月にOMGに採用されました。^{[ 4 ] [ 32 ]}

最初のリリースの後、言語を改良するためのタスクフォースが結成され^{[ 4 ]}、1.3、1.4、1.5といういくつかのマイナーリビジョンがリリースされました^{[ 33 ] 。}

作成された規格（オリジナルの規格も同様）は曖昧で一貫性がないと指摘されている。^{[ 34 ]}

UML2

UML 2.0は2005年にバージョン1.5に取って代わりました。バージョン1.5は、機能の使用に関する新しい経験を反映するように言語をさらに改良するために、拡大されたコンソーシアムで開発されました。^{[ 35 ]}

UML 2.1は正式な仕様としてリリースされることはなかったが、2007年にバージョン2.1.1と2.1.2が登場し、続いて2009年2月にUML 2.2が登場した。UML 2.3は2010年5月に正式にリリースされた。^{[ 36 ]} UML 2.4.1は2011年8月に正式にリリースされた。^{[ 36 ]} UML 2.5は2012年10月に「進行中」バージョンとしてリリースされ、2015年6月に正式にリリースされた。^{[ 36 ]} 正式バージョン2.5.1は2017年12月に採用された。^{[ 1 ]}

UML 2.x 仕様には 4 つの部分があります。

• 図とそのモデル要素の表記法と意味を定義する上部構造
• 上部構造の基盤となるコアメタモデルを定義するインフラストラクチャ
• モデル要素のルールを定義するためのオブジェクト制約言語（OCL ）
• UML 2 ダイアグラムレイアウトの交換方法を定義する UML ダイアグラム交換

UML 2.4.1までのこれらの標準の最新バージョンは次のとおりです。^{[ 37 ]}

• UML スーパーストラクチャ バージョン 2.4.1
• UML インフラストラクチャ バージョン 2.4.1
• OCLバージョン2.3.1
• UML ダイアグラム交換バージョン 1.0。

バージョン2.5以降、UML仕様は簡素化され（上部構造とインフラストラクチャが削除されました）、これらの標準の最新バージョンは次のとおりです。^{[ 38 ]}

• UML仕様2.5.1
• OCLバージョン2.4

改訂タスクフォースによって継続的に更新・改善され、言語に関するあらゆる問題が解決されています。^{[ 39 ]}

参照

• ビジネスプロセスモデルと表記法 – ビジネスプロセスを指定するためのグラフィカルな表現
• C4モデル – ソフトウェアアーキテクチャをモデリングする手法
• 国防総省アーキテクチャフレームワーク – エンタープライズアーキテクチャフレームワーク
• DOT（グラフ記述言語）  – ファイル形式
• 統一モデリング言語ツールのリスト
• リアルタイムUML –統一モデリング言語（UML）の応用
• MODAF  – エンタープライズアーキテクチャフレームワーク
• モデルベーステスト - モデルベース設計の応用
• モデル駆動型エンジニアリング - ソフトウェア開発方法論
• リアルタイムおよび組み込みシステムのモデリングと分析
• オブジェクト指向の役割分析とモデリング – モデリング手法
• プロセス仕様言語 – プロセスを記述するために使用される論理用語のセット
• システムモデリング言語 – 汎用モデリング言語リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ

参考文献

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さらに読む

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外部リンク

• 公式サイト
• 現在のUML仕様：Unified Modeling Language 2.5.1。OMG文書番号：formal/2017-12-05。Object Management Group Standards Development Organization (OMG SDO)。2017年12月。