§48.3 Язык express- единый язык представления
STEP имеет большое число пользователей, поэтому существует необходимость создания единой формы представления данных об изделии, которая не должна допускать двусмысленную интерпретацию, иначе нормальный обмен будет невозможен. Для решения этой проблемы в STEP задан единый язык представления данных об изделии, называющийся EXPRESS. Этот язык является формализованным, т. е. допускает только одно толкование информации, представленной с его помощью (в отличие от естественного языка, позволяющего множество толкований). Таким образом, для обмена данными об изделии между системами А и Б последние должны обладать единым представлением данных об изделии, заданным на едином языке представления — языке EXPRESS. Этот язык определен в разделе ISO 10303—11 стандарта STEP (рис. 48.2).
Общие сведения о языке.
Введем некоторые термины, которые распространяются на стандарт STEP и, в частности, на язык EXPRESS.
Информация — факты, понятия и инструкции, представленные в данном случае в произвольном, в том числе и неформализованном виде. Тогда информация об изделии содержит факты, понятия и инструкции, характеризующие изделие, например факт «длина изделия равна 20 метрам», понятие «крыло самолета» и инструкция «руководство по ре- монту изделия».
Данные — формализованное представление информации, подходящее для передачи, интерпретации и обработки людьми или компьютерами. В этом случае факты, понятия и инструкции уже имеют некоторое четкое формализованное представление, но форма этого представления произвольна. Тогда данные об изделии содержат формализованное представление информации об изделии, например описание факта с помощью пары «название величины/значение величины», описание понятия с помощью математической модели и описание инструкции с помощью точного алгоритма.
Информационная модель — формализованная модель ограниченного набора фактов, понятий и инструкций, удовлетворяющих некоторым требованиям. Таким образом, информационная модель представляет собой данные, отвечающие некоторым требованиям, например требованиям к описанию какой-либо предметной области. Тогда информационная модель изделия — это формализованная модель информации, описывающей изделие, ограниченная требованиями к описанию этого изделия. Напомним, что информационная модель изделия является составной частью представления данных об изделии в STEP (интегрированных ресурсов и протоколов применения).
Язык EXPRESS предназначен для спецификации информационных моделей изделия в STEP и, следовательно, выступает в качестве формы представления данных об изделии, т. е. является языком информационного моделирования. EXPRESS пригоден исключительно для описания данных, он не содержит никаких средств для их обработки и поэтому не является языком программирования.
EXPRESS не является жестко привязанным к стандарту STEP и данным об изделии вообще. С его помощью можно описать любую предметную область, в том числе и не относящуюся к промышленности. Тем не менее свое реальное применение EXPRESS пока находит во всевозможных промышленных информационных стандартах: ISO 10303 STEP, ISO 13584 PLIB, ISO 15531 MANDATE, ISO 15926 OIL&GAS, NATO CALS data model (информационная CALS-модель НАТО).
Кроме текстового представления языка EXPRESS, в стандарте STEP задано и его графическое подмножество EXPRESS-G.
Основные свойства языка. Основными свойствами языка EXPRESS являются следующие.
Независимость от предметной области. STEP задает представления данных об изделии для различных предметных областей, поэтому язык EXPRESS, использующийся в качестве формы представления, должен быть нейтральным по отношению к предметной области. Кроме того, как уже говорилось, EXPRESS используется в других промышленных стандартах и может быть применен даже вне промышленности .
Независимость от методов реализации обмена данными. В STEP для реализации обмена одними и теми же данными могут быть использованы два разных метода реализации — обменный файл или программный интерфейс SDAI. Для того чтобы в обоих методах реализации можно было использовать одну и ту же информационную модель, язык EXPRESS, задающий эту модель, должен быть независимым от методов реализации.
Независимость от программных средств реализации обмена данными. Стандарт STEP является независимым от программно-аппаратной платформы прежде всего потому, что используется для организации обмена данными между различными компьютерными системами. Все это относится и к языку EXPRESS.
Поддержка модульности информационных моделей и связей между ними. Информационная модель изделия в STEP очень велика и обладает значительной сложностью. Кроме того, информационные модели различных предметных областей частично пересекаются. Таким образом, возникает потребность в разделении больших информационных моделей на более мелкие части, чтобы, с одной стороны, упростить модели, с другой — избежать избыточности, задав схожие части моделей один раз (как это сделано в интегрированных ресурсах STEP). К тому же, хотя информационная модель делится на более мелкие части, взаимосвязи между ее элементами, попавшими в разные «куски*, должны быть сохранены. Таким образом, язык EXPRESS должен позволять связывать между собой несколько более мелких информационных моделей в единое целое путем задания связей между их элементами.
Воспринимаемость информационной модели как человеком, так и компьютером. С одной стороны, информационные модели на языке EXPRESS используются для обмена данными между компьютерными системами, поэтому язык EXPRESS должен быть жестко формализованным, оставляя лишь единственный способ интерпретации заданной на нем информации. С другой стороны, информационные модели на EXPRESS создаются людьми (а также могут быть использованы ими для анализа предметной области), поэтому они должны быть достаточно наглядными, чтобы можно было разобраться человеку.
Основной элемент языка. В языке EXPRESS применяют объектно-ориентированный подход. Суть этого подхода состоит в том, что основным элементом модели является не понятие предметной области (например, понятие «изделие» для предметной области «проектирование»), а нейтральное понятие «объект», называемое в EXPRESS «сущностью».
Сущность — абстрактное понятие, выражающее класс объектов реального мира, имеющих общие характеристики. Примерами сущностей являются изделие, организация, геометрическая точка и т. п. Если для предметной области важным является некоторое множество объектов, имеющих общие свойства, то в информационной модели предметной области это множество представляется в виде сущности (например, изделие для проектирования). С другой стороны, можно сказать, что в информационной модели предметной области содержится описание тех абстрактных понятий, которые важны для данной области.
Объекты выражаются с помощью экземпляров сущностей. Экземпляр сущности — абстрактное понятие, выражающее представителя класса объектов реального мира, имеющих общие характеристики. Например, понятие «геометрическая точка» — сущность, но конкретная точка выражается экземпляром сущности. В информационных моделях на языке EXPRESS нельзя представить собственно экземпляры сущностей, но можно задать условия корректности экземпляров некоторой сущности, т. е. критерий существования некоторого объекта реального мира, выражаемого экземпляром сущности, в моделируемой предметной области. Например, для некоторой предметной области мы можем потребовать, чтобы все геометрические точки имели только положительные координаты и точки, не удовлетворяющие этому условию, не попадут в нашу предметную область, а экземпляры сущности «геометрическая точка», которыми они выражаются, будут некорректными.
Итак, сущность выражает класс объектов, определяемый общими характеристиками. Общие характеристики объектов выражаются атрибутами сущности (например, координаты в пространстве для геометрической точки). Таким образом, атрибут сущности — абстрактное понятие, выражающее отдельную характеристику класса объектов реального мира, имеющих общие характеристики. Каждый атрибут сущности имеет имя, описывающее выражаемую атрибутом характеристику в контексте сущности (например, координаты точки имеют имена «x», «у», «z»). Экземпляры сущности обладают конкретными значениями атрибутов (например, х = 1, у = 2, z = 3).
Тип данных. Для каждого атрибута сущности необходимо указывать область его допустимых значений. Именно для этих целей в языке EXPRESS используются типы данных.
Тип данных представляет собой область значений. Если атрибуту сущности поставлен в соответствие некоторый тип данных, то в экземпляре этой сущности значением этого атрибута может быть только значение, входящее в область значений типа данных. Основным предназначением типа данных, как уже говорилось, является задание области допустимых значений атрибута сущности.
И тип данных, и сущность задают некоторые множества элементов. Основным отличием типа от сущности является то, что сущность представляет существенное для моделируемой предметной области понятие, а тип данных является лишь вспомогательным средством для задания сущностей. Так как сущность также задает множество элементов, она тоже может быть использована для задания области допустимых значений атрибута некоторой сущности и, следовательно, может выступать в качестве типа данных.
По аналогии с экземпляром сущности экземпляром типа данных является значение, входящее в область значений типа данных. В языке EXPRESS существует термин, входящий в область значений любого типа данных. Он выражает отсутствие достаточной информации, обозначается символом «?» и называется неопределенным значением.
Всего в EXPRESS существуют пять категорий типов данных: простые, агрегированные, поименованные, составные, обобщенные.