Modelo conceitual

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Um modelo conceitual é uma representação de um sistema . Consiste em conceitos usados ​​para ajudar as pessoas a conhecer , entender ou simular um assunto que o modelo representa. É também um conjunto de conceitos. Em contraste, os modelos físicos são objetos físicos , como um modelo de brinquedo que pode ser montado e feito para funcionar como o objeto que representa.

O termo pode se referir a modelos que são formados após um processo de conceituação ou generalização . [1] [2] Modelos conceituais são muitas vezes abstrações de coisas do mundo real, sejam elas físicas ou sociais. Os estudos semânticos são relevantes para vários estágios de formação de conceitos . A semântica é basicamente sobre conceitos, o significado que os seres pensantes dão a vários elementos de sua experiência.

Visão geral

Modelos de conceitos e modelos conceituais

O termo modelo conceitual é normal. Pode significar "um modelo de conceito" ou pode significar "um modelo que é conceitual". Uma distinção pode ser feita entre o que são modelos e de que modelos são feitos . Com exceção de modelos icônicos, como um modelo em escala da Catedral de Winchester , a maioria dos modelos são conceitos. Mas eles são, principalmente, destinados a serem modelos de estados de coisas do mundo real. O valor de um modelo geralmente é diretamente proporcional ao quão bem ele corresponde a um estado de coisas passado, presente, futuro, real ou potencial. Um modelo de um conceito é bem diferente porque, para ser um bom modelo, ele não precisa ter essa correspondência com o mundo real. [3] Em inteligência artificial, modelos conceituais egráficos conceituais são usados ​​para construir sistemas especialistas e sistemas baseados em conhecimento ; aqui os analistas estão preocupados em representar a opinião de especialistas sobre o que é verdade e não suas próprias ideias sobre o que é verdade.

Tipo e escopo dos modelos conceituais

Os modelos conceituais (modelos que são conceituais) variam em tipo desde os mais concretos, como a imagem mental de um objeto físico familiar, até a generalidade formal e a abstração de modelos matemáticos que não aparecem à mente como uma imagem. Os modelos conceituais também variam em termos do escopo do assunto que eles representam. Um modelo pode, por exemplo, representar uma única coisa (por exemplo, a Estátua da Liberdade ), classes inteiras de coisas (por exemplo , o elétron ) e até domínios muito vastos de assunto, como o universo físico. A variedade e abrangência dos modelos conceituais se deve à variedade de propósitos das pessoas que os utilizam.

A modelagem conceitual é a atividade de descrever formalmente alguns aspectos do mundo físico e social ao nosso redor para fins de compreensão e comunicação." [4]

Objetivos fundamentais

Modelo de comparação destacando o papel do modelo conceitual no processo do sistema

O objetivo principal de um modelo conceitual é transmitir os princípios fundamentais e a funcionalidade básica do sistema que ele representa. Além disso, um modelo conceitual deve ser desenvolvido de forma a fornecer uma interpretação do sistema de fácil compreensão para os usuários do modelo. Um modelo conceitual, quando implementado adequadamente, deve satisfazer quatro objetivos fundamentais. [5]

  1. Melhorar a compreensão de um indivíduo sobre o sistema representativo
  2. Facilitar a transmissão eficiente de detalhes do sistema entre as partes interessadas
  3. Fornecer um ponto de referência para os projetistas de sistemas extrairem as especificações do sistema
  4. Documente o sistema para referência futura e forneça um meio de colaboração

O modelo conceitual desempenha um papel importante no ciclo de vida geral do desenvolvimento do sistema. Figura 1 [6]abaixo, descreve o papel do modelo conceitual em um esquema de desenvolvimento de sistema típico. É claro que se o modelo conceitual não for totalmente desenvolvido, a execução das propriedades fundamentais do sistema pode não ser implementada adequadamente, dando lugar a problemas futuros ou deficiências do sistema. Essas falhas ocorrem na indústria e têm sido associadas a; falta de entrada do usuário, requisitos incompletos ou pouco claros e requisitos em mudança. Esses elos fracos no processo de projeto e desenvolvimento do sistema podem ser atribuídos à execução inadequada dos objetivos fundamentais da modelagem conceitual. A importância da modelagem conceitual é evidente quando tais falhas sistêmicas são mitigadas pelo desenvolvimento completo do sistema e pela adesão a objetivos/técnicas de desenvolvimento comprovadas.

Técnicas de modelagem

À medida que os sistemas se tornaram cada vez mais complexos, o papel da modelagem conceitual se expandiu dramaticamente. Com essa presença expandida, a eficácia da modelagem conceitual em capturar os fundamentos de um sistema está sendo percebida. Com base nessa percepção, várias técnicas de modelagem conceitual foram criadas. Essas técnicas podem ser aplicadas em várias disciplinas para aumentar a compreensão do usuário sobre o sistema a ser modelado. [7] Algumas técnicas são brevemente descritas no texto a seguir, no entanto, muitas outras existem ou estão sendo desenvolvidas. Algumas técnicas e métodos de modelagem conceitual comumente usados ​​incluem: modelagem de fluxo de trabalho, modelagem de força de trabalho , desenvolvimento rápido de aplicativos , modelagem de função de objetoe a Linguagem de Modelagem Unificada (UML).

Modelagem de fluxo de dados

A modelagem de fluxo de dados (DFM) é uma técnica de modelagem conceitual básica que representa graficamente elementos de um sistema. O DFM é uma técnica bastante simples, porém, como muitas técnicas de modelagem conceitual, é possível construir diagramas representativos de nível superior e inferior. O diagrama de fluxo de dados geralmente não transmite detalhes complexos do sistema, como considerações de desenvolvimento paralelo ou informações de tempo, mas funciona para contextualizar as principais funções do sistema. A modelagem de fluxo de dados é uma técnica central usada no desenvolvimento de sistemas que utiliza o método de projeto e análise de sistemas estruturados (SSADM).

Modelagem de relacionamento de entidade

A modelagem entidade-relacionamento (ERM) é uma técnica de modelagem conceitual usada principalmente para representação de sistemas de software. Diagramas entidade-relacionamento, que são um produto da execução da técnica ERM, são normalmente usados ​​para representar modelos de banco de dados e sistemas de informação. Os principais componentes do diagrama são as entidades e relacionamentos. As entidades podem representar funções, objetos ou eventos independentes. Os relacionamentos são responsáveis ​​por relacionar as entidades entre si. Para formar um processo do sistema, os relacionamentos são combinados com as entidades e quaisquer atributos necessários para descrever melhor o processo. Existem várias convenções de diagramação para esta técnica; IDEF1X , Bachman e EXPRESS, para nomear alguns. Essas convenções são apenas maneiras diferentes de visualizar e organizar os dados para representar diferentes aspectos do sistema.

Cadeia de processos orientada a eventos

A cadeia de processos orientada a eventos(EPC) é uma técnica de modelagem conceitual que é usada principalmente para melhorar sistematicamente os fluxos de processos de negócios. Como a maioria das técnicas de modelagem conceitual, a cadeia de processos orientada a eventos consiste em entidades/elementos e funções que permitem que relacionamentos sejam desenvolvidos e processados. Mais especificamente, o EPC é composto de eventos que definem em que estado um processo está ou as regras pelas quais ele opera. Para progredir nos eventos, uma função/evento ativo deve ser executado. Dependendo do fluxo do processo, a função tem a capacidade de transformar estados de eventos ou vincular a outras cadeias de processos orientadas a eventos. Existem outros elementos dentro de um EPC, todos trabalhando juntos para definir como e por quais regras o sistema opera. A técnica EPC pode ser aplicada a práticas de negócios como planejamento de recursos, melhoria de processos e logística.

Desenvolvimento conjunto de aplicativos

O método de desenvolvimento dinâmico de sistemas usa um processo específico chamado JEFFF para modelar conceitualmente o ciclo de vida de um sistema. JEFFF destina-se a se concentrar mais no planejamento de desenvolvimento de nível superior que precede a inicialização de um projeto. O processo JAD exige uma série de workshops nos quais os participantes trabalham para identificar, definir e, em geral, mapear um projeto bem-sucedido desde a concepção até a conclusão. Descobriu-se que esse método não funciona bem para aplicativos de grande escala, no entanto, aplicativos menores geralmente relatam algum ganho líquido em eficiência. [8]

Local/rede de transição

Também conhecida como redes de Petri , essa técnica de modelagem conceitual permite que um sistema seja construído com elementos que podem ser descritos por meios matemáticos diretos. A rede de Petri, devido às suas propriedades de execução não determinísticas e teoria matemática bem definida, é uma técnica útil para modelar o comportamento de sistemas concorrentes , ou seja, execuções simultâneas de processos.

Modelagem de transição de estado

A modelagem de transição de estado faz uso de diagramas de transição de estado para descrever o comportamento do sistema. Esses diagramas de transição de estado usam estados distintos para definir o comportamento e as mudanças do sistema. A maioria das ferramentas de modelagem atuais contém algum tipo de habilidade para representar a modelagem de transição de estado. O uso de modelos de transição de estado pode ser mais facilmente reconhecido como diagramas de estado lógico e grafos direcionados para máquinas de estado finito .

Avaliação e seleção da técnica

Como o método de modelagem conceitual às vezes pode ser propositalmente vago para dar conta de uma ampla área de uso, a aplicação real da modelagem de conceito pode se tornar difícil. Para aliviar esse problema e esclarecer o que considerar ao selecionar uma técnica de modelagem conceitual apropriada, a estrutura proposta por Gemino e Wand será discutida no texto a seguir. Entretanto, antes de avaliar a eficácia de uma técnica de modelagem conceitual para uma aplicação específica, um conceito importante deve ser entendido; Comparar modelos conceituais por meio do foco específico em suas representações gráficas ou de nível superior é míope. Gemino e Wand fazem um bom argumento ao argumentar que a ênfase deve ser colocada em uma linguagem de modelagem conceitualao escolher uma técnica adequada. Em geral, um modelo conceitual é desenvolvido usando alguma forma de técnica de modelagem conceitual. Essa técnica utilizará uma linguagem de modelagem conceitual que determina as regras de como se chega ao modelo. Compreender as capacidades da linguagem específica utilizada é inerente à avaliação adequada de uma técnica de modelagem conceitual, pois a linguagem reflete a habilidade descritiva da técnica. Além disso, a linguagem de modelagem conceitual influenciará diretamente na profundidade em que o sistema é capaz de ser representado, seja ele complexo ou simples. [9]

Considerando fatores afetantes

Com base em alguns de seus trabalhos anteriores, [10] Gemino e Wand reconhecem alguns pontos principais a serem considerados ao estudar os fatores que afetam: o conteúdo que o modelo conceitual deve representar, o método no qual o modelo será apresentado, as características do modelo usuários, e a tarefa específica das linguagens de modelo conceitual. [9]O conteúdo do modelo conceitual deve ser considerado para selecionar uma técnica que permita a apresentação de informações relevantes. O método de apresentação para fins de seleção se concentraria na capacidade da técnica de representar o modelo no nível pretendido de profundidade e detalhe. As características dos usuários ou participantes do modelo é um aspecto importante a ser considerado. O histórico e a experiência de um participante devem coincidir com a complexidade do modelo conceitual, caso contrário, a deturpação do sistema ou a incompreensão dos conceitos-chave do sistema podem levar a problemas na realização desse sistema. A tarefa de linguagem de modelo conceitual permitirá ainda que uma técnica apropriada seja escolhida.

Considerando variáveis ​​afetadas

Gemino e Wand seguem expandindo o conteúdo das variáveis ​​afetadas de sua estrutura proposta, considerando o foco de observação e o critério de comparação. [9] O foco da observação considera se a técnica de modelagem conceitual criará um "novo produto", ou se a técnica apenas trará uma compreensão mais íntima do sistema que está sendo modelado. O critério de comparação pesaria a capacidade da técnica de modelagem conceitual de ser eficiente ou eficaz. Uma técnica de modelagem conceitual que permite o desenvolvimento de um modelo de sistemaque leva em consideração todas as variáveis ​​do sistema em alto nível pode tornar o processo de compreensão da funcionalidade do sistema mais eficiente, mas a técnica carece das informações necessárias para explicar os processos internos, tornando o modelo menos eficaz.

Ao decidir qual técnica conceitual utilizar, as recomendações de Gemino e Wand podem ser aplicadas para avaliar adequadamente o escopo do modelo conceitual em questão. A compreensão do escopo dos modelos conceituais levará a uma seleção mais informada de uma técnica que aborde adequadamente esse modelo específico. Em resumo, ao decidir entre técnicas de modelagem, responder às seguintes perguntas permitiria abordar algumas considerações importantes de modelagem conceitual.

  1. Que conteúdo o modelo conceitual representará?
  2. Como será apresentado o modelo conceitual?
  3. Quem estará usando ou participando do modelo conceitual?
  4. Como o modelo conceitual descreverá o sistema?
  5. Qual é o foco de observação dos modelos conceituais?
  6. O modelo conceitual será eficiente ou eficaz na descrição do sistema?

Outra função do modelo conceitual de simulação é fornecer uma base racional e factual para avaliação da adequação da aplicação da simulação.

Modelos em filosofia e ciência

Modelo mental

Na psicologia cognitiva e filosofia da mente, um modelo mental é uma representação de algo na mente, [11] mas um modelo mental também pode se referir a um modelo externo não físico da própria mente. [12]

Modelos metafísicos

Um modelo metafísico é um tipo de modelo conceitual que se distingue de outros modelos conceituais pelo escopo proposto; um modelo metafísico pretende representar a realidade da forma mais ampla possível. [13] Isso quer dizer que explica as respostas a questões fundamentais como se a matéria e a mente são uma ou duas substâncias ; ou se os humanos têm ou não livre arbítrio .

Modelo conceitual versus modelo semântico

Modelos conceituais e modelos semânticos possuem muitas semelhanças, porém a forma como são apresentados, o nível de flexibilidade e o uso são diferentes. Os modelos conceituais têm um determinado propósito em mente, portanto, os conceitos semânticos centrais são predefinidos em um chamado metamodelo. Isso permite uma modelagem pragmática, mas reduz a flexibilidade, pois apenas os conceitos semânticos pré-definidos podem ser usados. Amostras são fluxogramas para o comportamento do processo ou estrutura organizacional para o comportamento da árvore.

Os modelos semânticos são mais flexíveis e abertos e, portanto, mais difíceis de modelar. Potencialmente, qualquer conceito semântico pode ser definido, portanto, o suporte de modelagem é muito genérico. Amostras são terminologias, taxonomias ou ontologias.

Em um modelo de conceito, cada conceito tem uma representação gráfica única e distinguível, enquanto os conceitos semânticos são, por padrão, os mesmos. Em um modelo de conceito, cada conceito possui propriedades predefinidas que podem ser preenchidas, enquanto os conceitos semânticos estão relacionados a conceitos que são interpretados como propriedades. Em um modelo de conceito, a semântica operacional pode ser incorporada, como o processamento de uma sequência, enquanto um modelo semântico precisa de uma definição semântica explícita da sequência.

A decisão de se utilizar um modelo conceitual ou um modelo semântico depende, portanto, do "objeto sob levantamento", do objetivo pretendido, da flexibilidade necessária e da forma como o modelo é interpretado. No caso de interpretação humana pode haver um foco em modelos gráficos conceituais, no caso de interpretação de máquina pode haver foco em modelos semânticos.

Modelos epistemológicos

Um modelo epistemológico é um tipo de modelo conceitual cujo escopo proposto é o conhecido e o cognoscível, o acreditado e o crível.

Modelos lógicos

Na lógica , um modelo é um tipo de interpretação sob o qual uma afirmação particular é verdadeira. Os modelos lógicos podem ser amplamente divididos em modelos que apenas tentam representar conceitos, como os modelos matemáticos; e aqueles que tentam representar objetos físicos e relações factuais, entre os quais os modelos científicos.

A teoria dos modelos é o estudo de (classes de) estruturas matemáticas como grupos, campos, gráficos ou mesmo universos da teoria dos conjuntos, usando ferramentas da lógica matemática. Um sistema que dá sentido às sentenças de uma linguagem formal é chamado de modelo para a linguagem. Se um modelo para uma linguagem satisfaz, além disso, uma determinada sentença ou teoria (conjunto de sentenças), ele é chamado de modelo da sentença ou teoria. A teoria dos modelos tem laços estreitos com a álgebra e a álgebra universal.

Modelos matemáticos

Os modelos matemáticos podem assumir muitas formas, incluindo, mas não se limitando a, sistemas dinâmicos, modelos estatísticos, equações diferenciais ou modelos de teoria dos jogos. Esses e outros tipos de modelos podem se sobrepor, com um determinado modelo envolvendo uma variedade de estruturas abstratas.

Um tipo mais abrangente de modelo matemático [14] usa uma versão linguística da teoria das categorias para modelar uma determinada situação. Semelhante aos modelos entidade-relacionamento , categorias personalizadas ou esboços podem ser traduzidos diretamente em esquemas de banco de dados . A diferença é que a lógica é substituída pela teoria das categorias, que traz teoremas poderosos para o assunto da modelagem, especialmente úteis para traduzir entre modelos díspares (como functores entre categorias).

Modelos científicos

Um modelo científico é uma visão abstrata simplificada de uma realidade complexa. Um modelo científico representa objetos empíricos , fenômenos e processos físicos de maneira lógica . As tentativas de formalizar os princípios das ciências empíricas usam uma interpretação para modelar a realidade, da mesma forma que os lógicos axiomatizam os princípios da lógica . O objetivo dessas tentativas é construir um sistema formal para o qual a realidade seja a única interpretação. O mundo é uma interpretação (ou modelo) dessas ciências, apenas na medida em que essas ciências são verdadeiras. [15]

Modelos estatísticos

Um modelo estatístico é uma função de distribuição de probabilidade proposta como geradora de dados. Em um modelo paramétrico , a função de distribuição de probabilidade tem parâmetros variáveis, como a média e a variância em uma distribuição normal , ou os coeficientes para os diversos expoentes da variável independente na regressão linear . Um modelo não paramétrico tem uma função de distribuição sem parâmetros, como em bootstrapping , e é apenas vagamente confinado por suposições. Seleção de modeloé um método estatístico para selecionar uma função de distribuição dentro de uma classe delas; por exemplo, na regressão linear onde a variável dependente é um polinômio da variável independente com coeficientes paramétricos, a seleção do modelo é selecionar o maior expoente, e pode ser feita com médias não paramétricas, como validação cruzada .

Em estatística, pode haver modelos de eventos mentais, bem como modelos de eventos físicos. Por exemplo, um modelo estatístico de comportamento do cliente é um modelo conceitual (porque o comportamento é físico), mas um modelo estatístico de satisfação do cliente é um modelo de conceito (porque a satisfação é um evento mental e não físico).

Modelos sociais e políticos

Modelos econômicos

Em economia , um modelo é uma construção teórica que representa os processos econômicos por um conjunto de variáveis ​​e um conjunto de relações lógicas e/ou quantitativas entre elas. O modelo econômico é uma estrutura simplificada projetada para ilustrar processos complexos, muitas vezes, mas nem sempre, usando técnicas matemáticas. Freqüentemente, os modelos econômicos usam parâmetros estruturais. Parâmetros estruturais são parâmetros subjacentes em um modelo ou classe de modelos. Um modelo pode ter vários parâmetros e esses parâmetros podem ser alterados para criar várias propriedades.

Modelos em arquitetura de sistemas

Um modelo de sistema é o modelo conceitual que descreve e representa a estrutura, o comportamento e outras visões de um sistema . Um modelo de sistema pode representar várias visualizações de um sistema usando duas abordagens diferentes. A primeira é a abordagem não arquitetônica e a segunda é a abordagem arquitetônica. A abordagem não arquitetônica, respectivamente, escolhe um modelo para cada visualização. A abordagem arquitetural, também conhecida como arquitetura de sistema , em vez de escolher muitos modelos heterogêneos e não relacionados, usará apenas um modelo arquitetural integrado.

Modelagem de processos de negócios

Abstração para modelagem de processos de negócios [16]

Na modelagem de processos de negócios, o modelo de processos corporativos é frequentemente chamado de modelo de processos de negócios . Os modelos de processo são conceitos centrais na disciplina de engenharia de processo. Os modelos de processo são:

  • Processos da mesma natureza que são classificados juntos em um modelo.
  • Uma descrição de um processo no nível do tipo.
  • Como o modelo de processo está no nível de tipo, um processo é uma instanciação dele.

O mesmo modelo de processo é usado repetidamente para o desenvolvimento de muitas aplicações e, portanto, possui muitas instanciações.

Um uso possível de um modelo de processo é prescrever como as coisas devem/devem/poderiam ser feitas em contraste com o próprio processo, que é realmente o que acontece. Um modelo de processo é aproximadamente uma antecipação de como será o processo. Qual será o processo será determinado durante o desenvolvimento real do sistema. [17]

Modelos em projeto de sistemas de informação

Modelos conceituais de sistemas de atividade humana

Modelos conceituais de sistemas de atividade humana são utilizados na metodologia de sistemas leves (SSM), que é um método de análise de sistemas preocupado com a estruturação de problemas em gestão. Esses modelos são modelos de conceitos; os autores afirmam especificamente que não pretendem representar um estado de coisas no mundo físico. Eles também são usados ​​na análise de requisitos de informação (IRA), que é uma variante do SSM desenvolvida para projeto de sistemas de informação e engenharia de software.

Modelos lógico-linguísticos

A modelagem lógico-linguística é outra variante do SSM que utiliza modelos conceituais. No entanto, este método combina modelos de conceitos com modelos de objetos e eventos do mundo real putativos. É uma representação gráfica da lógica modal na qual os operadores modais são usados ​​para distinguir declarações sobre conceitos de declarações sobre objetos e eventos do mundo real.

Modelos de dados

Modelo entidade-relacionamento

Na engenharia de software, um modelo entidade-relacionamento (ERM) é uma representação abstrata e conceitual de dados. A modelagem entidade-relacionamento é um método de modelagem de banco de dados, usado para produzir um tipo de esquema conceitual ou modelo de dados semânticos de um sistema, geralmente um banco de dados relacional, e seus requisitos de forma descendente. Os diagramas criados por esse processo são chamados de diagramas entidade-relacionamento, diagramas ER ou ERDs.

Os modelos entidade-relacionamento têm tido ampla aplicação na construção de sistemas de informação destinados a apoiar atividades envolvendo objetos e eventos do mundo real. Nesses casos, são modelos conceituais. No entanto, este método de modelagem pode ser usado para construir jogos de computador ou uma árvore genealógica dos deuses gregos, nestes casos seria usado para modelar conceitos.

Modelo de domínio

Um modelo de domínio é um tipo de modelo conceitual usado para descrever os elementos estruturais e suas restrições conceituais dentro de um domínio de interesse (às vezes chamado de domínio do problema ). Um modelo de domínio inclui as várias entidades, seus atributos e relacionamentos, além das restrições que governam a integridade conceitual dos elementos do modelo estrutural que compõem o domínio do problema. Um modelo de domínio também pode incluir várias visões conceituais, onde cada visão é pertinente a uma área de assunto específica do domínio ou a um subconjunto específico do modelo de domínio que é de interesse de uma parte interessada do modelo de domínio.

Assim como os modelos entidade-relacionamento, os modelos de domínio podem ser usados ​​para modelar conceitos ou para modelar objetos e eventos do mundo real.

Veja também

Referências

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  2. ^ Tatomir, A.; et ai. (2018). "Desenvolvimento de modelo conceitual usando um banco de dados genérico de Características, Eventos e Processos (FEP) para avaliar o impacto potencial do fraturamento hidráulico em aquíferos subterrâneos" . Avanços em Geociências . 45 : 185-192. Bibcode : 2018AdG....45..185T . doi : 10.5194/adgeo-45-185-2018 .
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  5. ^ "CH Kung, A. Solvberg, Activity Modeling and Behavior Modeling, In: T. Ollie, H. Sol, A. Verrjin-Stuart, Proceedings of the IFIP WG 8.1 working conference on review comparativo das metodologias de design de sistemas de informação: melhorando a prática. North-Holland, Amsterdam (1986), pp. 145-71" . Portal.acm.org . Recuperado 2014-06-20 .
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Leitura adicional

Links externos

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