Η παρούσα διπλωματική εργασία διερευνά τον ρόλο της σημασιολογίας (semantics) στην Ενοποιημένη Γλώσσα Μοντελοποίησης (Unified Modeling Language – UML) και τη συμβολή της στη σχεδίαση και ανάπτυξη συστημάτων λογισμικού. Παρότι η UML αποτελεί το πλέον διαδεδομένο πρότυπο μοντελοποίησης, η αποτελεσματικότητα των μοντέλων δεν εξαρτάται μόνο από τη σωστή χρήση της σύνταξης και των συμβολισμών της, αλλά και από την ακρίβεια με την οποία αποδίδεται το νόημα των εννοιών, των διαδικασιών και των αλληλεπιδράσεων που αυτά αναπαριστούν. Η σημασιολογική πληρότητα αποτελεί κρίσιμο παράγοντα για τη διασφάλιση της ποιότητας, της συνέπειας και της αξιοπιστίας των μοντέλων λογισμικού.

Στο θεωρητικό μέρος της εργασίας παρουσιάζονται η ιστορική εξέλιξη της UML, οι βασικές κατηγορίες διαγραμμάτων, οι έννοιες και τα επίπεδα της σημασιολογίας, καθώς και οι κυριότερες τυπικές προσεγγίσεις σημασιολογικής τεκμηρίωσης. Παράλληλα, αναλύεται η σημασιολογία των βασικών διαγραμμάτων UML, με ιδιαίτερη έμφαση στα Use Case Diagrams, Activity Diagrams, Class Diagrams και State Machine Diagrams, ενώ εξετάζονται συνηθισμένα σημασιολογικά σφάλματα και τρόποι αντιμετώπισής τους. Επιπλέον, διερευνάται η σχέση της σημασιολογίας με τη Model-Driven Engineering (MDE) και η σημασία της για τη μετατροπή μοντέλων σε εκτελέσιμο κώδικα.

Η θεωρητική ανάλυση υποστηρίζεται από δύο μελέτες περίπτωσης σε εκπαιδευτικά και εικονικά εργαστηριακά περιβάλλοντα: ένα σύστημα ελέγχου LED με Arduino Uno στο περιβάλλον Tinkercad και το πείραμα της Άνωσης στο Klett Book-App και Publior Virtual Lab. Για κάθε περίπτωση αναπτύχθηκαν Use Case Models και Activity Diagrams και αξιολογήθηκε η σημασιολογική τους πληρότητα.

Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι η σημασιολογική τεκμηρίωση βελτιώνει σημαντικά την κατανόηση, τη συνέπεια και την ποιότητα των UML μοντέλων, μειώνει τις πιθανότητες παρερμηνείας και ενισχύει τη δυνατότητα αξιοποίησής τους σε διαδικασίες αυτοματοποίησης και ανάπτυξης λογισμικού. Επιπλέον, αναδεικνύεται ότι η συνδυαστική χρήση διαφορετικών τύπων UML διαγραμμάτων συμβάλλει στην πληρέστερη αναπαράσταση σύνθετων συστημάτων και εκπαιδευτικών διαδικασιών, επιβεβαιώνοντας τον καθοριστικό ρόλο της σημασιολογίας στη σύγχρονη μοντελοποίηση λογισμικού.

This thesis investigates the role of semantics in the Unified Modeling Language (UML) and its contribution to the design and development of software systems. Although UML is the most widely used modeling standard in software engineering, the effectiveness of UML models depends not only on the correct use of syntax and notation but also on the accurate representation of the meaning of concepts, processes, and interactions. Semantic completeness is therefore considered a critical factor in ensuring the quality, consistency, and reliability of software models.

The theoretical part of the study presents the historical evolution of UML, the main categories of UML diagrams, the fundamental concepts and levels of semantics, and the most important formal approaches to semantic specification. Furthermore, the semantics of the main UML diagram types are analyzed, with particular emphasis on Use Case Diagrams, Activity Diagrams, Class Diagrams, and State Machine Diagrams. Common semantic errors and inconsistencies are also examined, along with methods for addressing them. In addition, the study explores the relationship between semantics and Model-Driven Engineering (MDE), highlighting the importance of semantic consistency in model transformation and automated code generation.

The theoretical framework is supported by two case studies conducted in educational and virtual laboratory environments. The first case study focuses on a LED control system implemented with Arduino Uno in the Tinkercad environment, while the second examines the Buoyancy Experiment based on Archimedes’ Principle in the Klett Book-App and Publior Virtual Lab environment. For each case study, UML Use Case Models and Activity Diagrams were developed and evaluated with respect to their semantic completeness.

The findings indicate that semantic documentation significantly improves the clarity, consistency, and overall quality of UML models, reducing the risk of misinterpretation and enhancing their suitability for software development and automation processes. Furthermore, the study demonstrates that the combined use of different UML diagram types contributes to a more comprehensive representation of complex systems and educational procedures. Overall, the results confirm the crucial role of semantics in modern software modeling and emphasize its importance for achieving reliable and meaningful model-driven development.