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==Ontologias de Fundamentação, Modelagem Conceitual e Interoperabilidade Semântica==
https://ceur-ws.org/Vol-728/paper6.pdf
Ontologias de Fundamentação, Modelagem Conceitual e
Interoperabilidade Semântica
Giancarlo Guizzardi, João Paulo Almeida, Renata S.S. Guizzardi,
Monalessa Perini Barcellos, Ricardo Falbo
Núcleo de Estudos em Modelagem Conceitual e Ontologias (NEMO),
Universidade Federal do Espírito Santo (UFES), Vitória (ES), Brasil
{gguizzardi, jpalmeida, rguizzardi, monalessa, falbo}@inf.ufes.br
http://nemo.inf.ufes.br/
Abstract. O objetivo deste artigo é apresentar o grupo NEMO (Núcleo de
Estudos em Modelagem Conceitual e Ontologias), descrevendo sucintamente o
seu programa de pesquisa, seus tópicos atuais de investigação, e um breve
histórico do grupo e de seus membros permanentes. O artigo foi produzido
como documento complementar a apresentação realizada no Ibero-American
Meeting on Ontological Research, realizado em Gramado, Rio Grande do Sul,
Brasil, em Maio de 2011. Esse evento foi realizado no contexto do IV Ibero-
American Congresso on Telematics (CITA 2011) e organizado como parte do
programa de difusão internacional de pesquisas e educação em ontologias da
International Association on Ontologies and Applications (IAOA), através do
seu International Outreach Subcommitee.
Palavras-chave: Ontologias de Fundamentação, Modelagem Conceitual
Baseada em Ontologias, Interoperabilidade Semântica, Ontologias em
Computação Organizacional, Ontologias em Engenharia de Software.
1 Posição de Pesquisa (Research Statement)
Apesar da crescente popularidade do tópico de ontologias em Ciência da
Computação, um importante ponto a ser salientado é a diferença do significado do
termo “ontologia” quando utilizado, por um lado, pela comunidade de Modelagem
Conceitual e, por outro, pelas comunidades de Inteligência Artificial, Engenharia de
Software e Web Semântica. Em modelagem conceitual e áreas afins (ex. Modelagem
organizacional), o termo é usado de acordo com sua definição original em filosofia, a
saber, como uma referência a um sistema formal e filosoficamente bem-
fundamentado de categorias que pode ser usado para articular conceituações e
modelos em domínios específicos do conhecimento. Em contraste, nas outras áreas
supracitadas, o termo ontologia tem sido usado como: (i) artefato concreto de
engenharia, projetado com um propósito específico e sem prestar nenhuma ou quase
nenhuma atenção a aspectos teóricos de fundamentação; (ii) modelo de um domínio
específico do conhecimento (ex., biologia molecular, finanças, logística, doenças
infecciosas) expresso em uma linguagem de representação do conhecimento (ex.,
RDF, OWL, F-Logic) ou modelagem conceitual (ex., UML, EER, ORM).
Ontologias, no sentido filosófico, têm sido desenvolvidas em filosofia desde
Aristóteles com sua teoria de Substância e Acidentes e, mais recentemente, várias
dessas teorias têm sido propostas sob o nome de Ontologias de Fundamentação
(Foundational Ontologies). Desde o fim da década de oitenta, observa-se um
crescente interesse no uso dessas ontologias de fundamentação no processo de
avaliação e (re)engenharia de linguagens de modelagem conceitual. A hipótese
inicial, e que foi posteriormente confirmada por várias evidências empíricas, pode ser
explicada através da seguinte argumentação: (i) modelos conceituais são artefatos
produzidos com o objetivo de representar uma determinada porção da realidade
segundo uma determinada conceituação; (ii) Ontologias de Fundamentação
descrevem as categorias que são usadas para a construção dessas conceituações.
Podemos, portanto, concluir que uma linguagem adequada de modelagem conceitual
deveria possuir primitivas de modelagem que refletissem as categorias conceituais
definidas em uma Ontologia de Fundamentação.
Uma ontologia de domínio, no sentido usado pelas demais comunidades em
computação, é um tipo particular de modelo conceitual. Em particular, é um modelo
conceitual que deve satisfazer o requisito adicional de servir como uma representação
de consenso (ou modelo de referência) de uma conceituação compartilhada por uma
determinada comunidade. Portanto, se uma ontologia de domínio é, antes de qualquer
coisa, um modelo conceitual, uma linguagem adequada para representação de
ontologias de domínio deve satisfazer os requisitos gerais de uma linguagem
adequada para modelagem conceitual, ou seja, deve ter como teoria subjacente uma
ontologia de fundamentação. Em outras palavras, ontologias (no sentido adotado em
filosofia e em modelagem conceitual) representam ferramentas conceituais de
importância fundamental para a criação de ontologias de domínio de qualidade (no
sentido adotado nas demais áreas).
O grupo NEMO (Núcleo de Estudos em Modelagem Conceitual e Ontologias),
através de seu trabalho de pesquisa, defende explicitamente a necessidade de uma
abordagem multidisciplinar para a construção de teorias de fundamentação para
modelagem conceitual, trabalhando com contribuições oriundas de disciplinas como
Ontologia Formal em Filosofia, Ciência Cognitiva, Lógica Filosófica e Linguística.
Por outro lado, o trabalho do grupo também defende explicitamente a necessidade
dessas teorias de Fundamentação para construção de ferramentas de engenharia (ex.
linguagens de modelagem, ferramentas computacionais, padrões de projeto) para dar
suporte a uma disciplina de Engenharia de Ontologias de Domínio de qualidade [1-3].
2 Principais Tópicos de Pesquisa
2.1 A Ontologia de Fundamentação UFO (Unified Foundational Ontology)
Uma dos principais linhas de trabalho desenvolvidas no grupo diz respeito ao
desenvolvimento de Ontologias de Fundamentação para dar suporte à modelagem
conceitual, de maneira geral, e à modelagem organizacional, em particular. A
principal contribuição do grupo nesta área é o desenvolvimento de teorias que
compõem a ontologia de fundamentação denominada UFO (Unified Foundational
Ontology). UFO, inicialmente proposta em [4], tem sido desenvolvida ao longo dos
últimos sete anos [5], reunindo teorias axiomáticas que versam sobre as principais
categorias de conceitos usados em modelagem conceitual. UFO é dividida em três
fragmentos denominados UFO-A (Ontology of Endurants), UFO-B (Ontology of
Perdurants) e UFO-C (Ontology of Social and Intentional Entities).
UFO-A define o núcleo dessa ontologia, sistematizando conceitos como, por
exemplo, tipos e estruturas taxonômicas [6], relações todo-parte [7-11], propriedades
intrínsecas e espaços de valores de atributos [12], papéis [13,14], propriedades
relacionais [15], entre outros. Esse fragmento constitui uma teoria estável,
formalmente caracterizada com o aparato de uma lógica modal de alta expressividade
e possuindo forte suporte empírico promovido por experimentos em psicologia
cognitiva [16].
No que tange a este tópico de pesquisa, o grupo atualmente tem se dedicado à
evolução do trabalho de construção das ontologias UFO-B e C [17,18]. A primeira
visa sistematizar conceitos como estados, processos, eventos, relações temporais,
entre outros. A última, construída sobre os fragmentos anteriores, visa sistematizar
conceitos que incluem Agente, Ação, Estados Intencionais, Delegação,
Compromissos e Reinvindicações Sociais, entre outros.
2.2 A Linguagem de Modelagem Conceitual OntoUML
Na abordagem de pesquisa discutida anteriormente, é defendido o uso de linguagens
de modelagem de ontologias conceituais baseada em ontologias de fundamentação.
Seguindo essa abordagem, em [16] foi proposta uma linguagem de modelagem
conceitual que contempla como primitivas de modelagem as distinções ontológicas
proposta pela ontologia UFO-A. Essa linguagem (atualmente chamada de OntoUML)
foi construída seguindo um processo no qual: (i) o metamodelo da linguagem original
(no caso, a UML 2.0) é reparado para garantir um isomorfismo em seu mapeamento
para a estrutura definida pela ontologia de referência (no caso, UFO-A); (ii) em
segundo lugar, a axiomatização da ontologia de fundamentação é transferida para o
metamodelo da linguagem, por meio de restrições formais incorporadas a esse
metamodelo. O objetivo dessa etapa é garantir que a linguagem só admitirá como
modelos gramaticamente válidos aqueles modelos que satisfazem (do ponto de vista
lógico) a axiomatização de UFO, ou seja, aqueles modelos que são considerados
válidos segundo essa teoria. Essa linguagem também incorpora um conjunto de
padrões de modelagem de ontologias (ontological design patterns) para solução de
alguns problemas clássicos de modelagem no que diz respeito a, por exemplo,
modelagem de papéis e modelagem de relações de constituição [6], separação de
qualidades dos espaços de valores de attributos [12], modelagem de quantidades [10],
resolução do problema de transitividade da relação todo-parte [8] e resolução do
problema de colapso de restrições de cardinalidade [15]. Além disso, em [16] é
proposto um conjunto de diretivas metodológicas para a criação de ontologias usando
a linguagem OntoUML.
No que tange a este tópico de pesquisa, o grupo tem se dedicado atualmente ao
desenvolvimento de ferramentas computacionais para dar suporte automatizado à
construção de modelos em OntoUML. Um exemplo é o editor gráfico de modelos1
OntoUML com suporte à validação da correção ontológica dos modelos de domínio,
através de um mecanismo de checagem automática de restrições [19], além de um
suporte a simulação de instâncias desses modelos, por meio de um mapeamento
automático de modelos OntoUML para a linguagem Alloy [20,21]. O grupo também
vem estudando padrões de transformação para classes de linguagens de codificação
(e.g., OWL/SWRL) que buscam maximizar a preservação de algumas propriedades
modais de modelos em OntoUML [22].
Por fim, o grupo tem investigado diversas estratégias para dar suporte
metodológico e computacional para usuários novatos na construção de modelos
conceituais bem-fundamentados em OntoUML. Essas estratégias incluem o uso de
abordagens baseadas em tecnologias da linguagem humana [23, 24], além do uso de
abordagens indutivas de construção de modelos ressaltando aspectos de OntoUML
como uma linguagem baseada em padrões ontológicos de modelagem (ontological
pattern language) [25].
2.3 Análise Ontológica de Modelos de Referência e Linguagens de Modelagem
Organizacional
Da mesma forma que UFO-A foi utilizada para avaliação e re-engenharia de UML,
culminando na proposta de OntoUML, as ontologias UFO-B e UFO-C tem sido
empregadas para abordar linguagens e padrões de referência de modelagem
organizacional. Resultados obtidos até o presente momento nessa linha de trabalho
incluem a integração das linguagens de modelagem baseadas em agentes TROPOS e
AORML [18,26], e a análise ontológica dos padrões ISO RM-ODP (Open Distributed
Processing – Enterprise Viewpoint) [27-29] e Archimate [30], dos modelos de
referência ARIS [29,31-33], além das disciplinas de gerência de configuração,
processos e incidentes do padrão ITIL [34]. Por fim, uma extensão de Diagramas de
Atividade UML baseada na ontologia de eventos UFO-B (denominada E-OntoUML)
foi proposta visando tanto o suporte à modelagem de processos de negócio [35],
quanto à representação de Ontologias de Tarefas [36].
2.4 Construção de Ontologias de Domínio e de Aplicações Baseadas em
Ontologias
Tanto a ontologia de fundamentação UFO quanto a linguagem OntoUML tem sido
utilizadas em diversos estudos de caso de construção de ontologias de domínio, bem
como no desenvolvimento de aplicações baseadas nessas ontologias. Exemplos de
domínios abordados incluem Eletrocardiologia [37,38], Exploração e Produção de
1 Disponível em [http://code.google.com/p/ontouml/wiki/How_to_install_and_run_OntoUML_Editor]
Petróleo [39], Telecomunicações [40], Colaboração [41], Integração de Ferramentas
[42], e Simulação de Eventos Discretos [43], entre outros. Em particular, o grupo
possui um interesse especial na construção de ontologias de domínio em sub-
domínios da área de Engenharia de Software. Exemples nessa direção incluem
Processo de Software [17, 44], Medição de Software [45], e Organizações de
Software [46].
3 Breve Histórico do Grupo e de seus Membros
Criado em 1998, o LABES (Laboratório em Engenharia de Software) foi fundado em
1999, com o propósito de investigar a aplicação de técnicas baseadas em ontologias
na engenharia de software. Nessa área de atuação, um dos principais projetos do
laboratório foi o desenvolvimento do ambiente de desenvolvimento ODE (Ontology-
Based Development Environment Project) [47]. Esse projeto investigou também o uso
de ontologias de domínio como ponto de partida para o desenvolvimento sistemático
de frameworks orientados a objeto. Como resultados, foram construídas ontologias
formais para diversos subdomínios da engenharia de software como, por exemplo,
requisitos de software [48], processo de software [49], qualidade de sofware [50],
gerência de configuração [51]. Uma vez produzidas, essas ontologias de domínio
foram utilizadas para a construção de frameworks reutilizáveis que, por sua vez,
foram incorporados na ferramenta de desenvolvimento [52]. Desde 2004, o
laboratório vem desenvolvendo projetos no uso de ontologias para prover suporte
inteligente à gerência do conhecimento em engenharia de software.
Em 2006, o LABES foi incorporado ao recém-criado NEMO. Desde sua criação, o
grupo tem estabelecido parcerias com organizações de setores produtivos, como
engenharia de domínio, engenharia de software, energia (petróleo e gás natural),
gestão de mídias e notícias, telecomunicações, e governo eletrônico. Em particular, no
último tópico, o grupo foi convidado para contribuir com a iniciativa e-PING de
governo eletrônico do governo federal brasileiro através do grupo de trabalho GT 4
(Intercâmbio e Organização de Informações), bem como para colaborar com a
fundação do Grupo de Trabalho OntoGOV (Ontologias e Interoperabilidade
Semântica em Governo Eletrônico) do W3C Brasil. Por fim, o grupo tem estabelecido
colaborações de longa duração com grupos e pesquisadores de renome da comunidade
internacional como, por exemplo, o Laboratório de Ontologia Aplicada (LOA-ISTC-
CNR), em Trento (Itália), coordenado por Nicola Guarino, que visitou o NEMO em
2008; o grupo Ontologies in Medicine da Universidade de Leipzig (Alemanha),
coordenado por Heinrich Herre; o grupo de Internet Technologies da Brandenburg
University of Technology at Cottbus (Alemanha), coordenado por Gerd Wagner, que
visitou o NEMO em 2009.
Atualmente, o grupo é formado por 16 alunos, 6 colaboradores de pesquisa e 5
pesquisadores sênior do staff permanente. A biografia desses pesquisadores sênior é
resumida a seguir, focalizando os aspectos relacionados ao tema do evento:
Giancarlo Guizzardi obteve seu doutorado (com a mais alta distinção) pela
Universidade de Twente (Holanda), em 2005, com uma tese sobre Ontologias de
Fundamentação e Modelagem Conceitual. Desde 2003, tem sido Cientista Visitante,
Colaborador de Pesquisa e Pesquisador Associado do Laboratory for Applied
Ontology (LOA), Institute for Cognitive Science and Technology (ISTC), em Trento
(Itália). Tem trabalhado diretamente com pesquisa em ontologias desde 1997. Foi
criador das séries de eventos científicos internacionais VORTE (Vocabularies,
Ontologies and Rules for The Enterprise), WOMSDE (Workshop on Ontologies and
Metamodels in Software and Data Engineering), MOST (Metamodels, Ontologies and
Semantic Technologies) e Onto.Com (International Workshop on Ontologies and
Conceptual Modeling). É editor associado do periódico Applied Ontology e membro
do corpo editorial dos periódicos Semantic Web Journal e International Journal of
Information Systems Modeling and Design. Tem sido convidado para promover a
disciplina de Ontology-Driven Conceptual Modeling como keynote speaker (ex.
BalticDB&IS 2006, LAWeb/Webmidia/SBSC 2008, SoEAEE 2010), palestrante
convidado (ex. CONSEGI 2011), mediador (United Nations Development Program
Global Meeting on Government Interoperability Frameworks – GIF 2010), professor
visitante (ex., Prague University of Economics, SIKS Dutch Research School) e
tutorialista (ex., ER 2009, CAiSE 2011, CIbSE 2001). É membro do comitê executivo
da International Association for Ontologies and Applications (IAOA), um dos
coordenadores do seu subcomitê de difusão internacional (International Outreach) e
do seu Special Interest Group on Ontologies and Conceptual Modeling. Por fim, é
bolsista de produtividade do CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento
Científico e Tecnológico).
João Paulo Andrade Almeida obteve seu doutorado pela Universidade de Twente
(Holanda) em 2006 com uma tese sobre desenvolvimento baseado em modelos e a
noção de plataformas abstratas no desenvolvimento orientado a serviços. Entre 2006 e
2007, foi pesquisador associado ao Telematica Instituut (Holanda), direcionando seu
trabalho de pesquisa para a área de Arquiteturas Organizacionais (Enterprise
Architectures). Atualmente, tem trabalhado no uso de ontologias para fundamentação
de conceitos e avaliação/re-engenharia de modelos de referência e linguagens para
modelagem organizacional. Em 2010, foi o coordenador geral da IEEE International
Conference on Enterprise Computing (EDOC 2010). Atualmente é membro do comitê
de direção da mesma conferência e membro do comitê técnico do IFIP Working
Group 8.9 on Enterprise Information Systems (Comitê Técnico 8, Capítulo Brasil).
Por fim, é bolsista de produtividade do CNPq (Conselho Nacional de
Desenvolvimento Científico e Tecnológico).
Renata S.S. Guizzardi obteve seu doutorado pela Universidade de Twente
(Holanda) em 2006, com uma tese sobre o uso do paradigma de Orientação a Agentes
na Gestão de Conhecimento, propondo uma visão Construtivista para essa área. Entre
2005 e 2006, foi pesquisadora do grupo de Sistemi di Ragionamento Artificiale
(SRA), da Fondazione Bruno Kessler (FBK), Trento (Itália), onde estreitou o foco de
parte do seu trabalho de doutorado sobre o uso de Ontologias de Fundamentação para
a análise, reengenharia e integração de conceitos a linguagens de modelagem
orientadas a agentes. Ela é coordenadora do comitê de programa da 15ª edição da
Ibero-American Conference on Software Engineering (CIbSE 2012) e membro do
comitê de direção da mesma conferência. Por fim, ela é membro do corpo editorial do
International Journal on Knowledge and Learning.
Monalessa Perini Barcellos obteve seu doutorado pela Universidade Federal do
Rio de Janeiro (COPPE/UFRJ) em 2009, com uma tese que explora a utilização de
uma ontologia de fundamentação na construção de ontologias de domínio e propõe
uma estratégia para medição de software, a qual inclui uma ontologia para esse
domínio. Tem trabalhado na construção de ontologias de domínio para diversas
subáreas da Engenharia de Software (ex.: Gerência de Projetos, Qualidade de
Software, Processo de Software e Medição de Software), em particular no contexto
do projeto ODE (Ontology-Based Software Development Environment). Atua com
pesquisadores e alunos de diversas universidades (UFPA, PUC-PR, COPPE/UFRJ e
UFES) na definição de soluções que envolvem modelagem conceitual e ontologias
para as organizações que buscam a alta maturidade em seus processos de software. É
membro do comitê técnico do Simpósio Brasileiro de Qualidade de Software (SBQS).
Nos últimos anos, ministrou cursos que abordam a utilização de ontologias na
medição de software em eventos como o SBQS e WAMPS (Workshop Anual de
Melhoria de Processo de Software).
Ricardo Falbo obteve seu doutorado pela Universidade Federal do Rio de Janeiro
(COPPE/UFRJ) em 1998, com uma tese sobre o uso de ontologias de domínio para a
integração de conhecimento em ambientes de desenvolvimento de software. Foi o
fundador do laboratório LABES (Laboratório em Engenharia de Software),
laboratório de pesquisas que deu origem ao NEMO. Desde 1996, tem trabalhado
ativamente no desenvolvimento de técnicas, linguagens, e metodologias para a
Engenharia de Ontologias. Além disso, tem trabalhado na construção de ontologias de
domínio para diversas subáreas da Engenharia de Software (ex. Processo de Software,
Qualidade de Software, Medição de Software, Recursos de Software, Gerência de
Configuração). Esse trabalho foi incoporado no desenvolvimento do ODE (Ontology-
Based Software Development Environment), um ambiente semântico de
desenvolvimento de software baseado em ontologias. Na última década, tem
ministrado diversos cursos no tópico de ontologias, incluindo o tutorial intitulado
“Apoiando a Engenharia e Gerência de Sistemas Organizacionais através de
Ontologias” no Simpósio Brasileiro de Engenharia de Sofware (SBES’2001) e
“Modelagem Conceitual Baseada em Ontologias” na Ibero-American Conference on
Sofware Engineering (CIbSE 2011).
Agradecimentos. FAPES (projeto #45444080/09) e CNPq (projetos #481906/2009-6
#309382/2008-4 e #309059/2008-9).
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