系统建模语言与工具研究.pdf

Page 1 系统工程建模语言与工具研究 Polarsys Capella CATIA RFLP 南京国睿信维软件有限公司 赵建泽 2016年4月6日 主要内容 系统工程建模语言 SysML 介绍系统工程建模语言 SysML 介绍 Arcadia方法论介绍Arcadia方法论介绍 基于Arcadia方法论的Capella建模示例基于Arcadia方法论的Capella建模示例 CATIA RFLP建模示例CATIA RFLP建模示例 总结总结 1 2 3 4 5 SysML 为了满足系统工程的实际需要 国际系统工程学会INCOSE和对象管理组织OMG决定在 对UML2 0 的子集进行重用和扩展的基础上 提出一种新的系统建模语言 SysML Systems Modeling Language 作为系统工程的标准建模语言 和UML用来统 一软件工程中使用的建模语言一样 SysML的目的是统一系统工程中使用的建模语言 SysML是一种通用的图形化建模语言 用于描述 分析 设计和验证那些包含了硬件 软件 设备 人员 信息的复杂系统 SysML的定义包括语义和符号两个部分 语义 含义 符号 含义的表示 规范的情况 2006 05被OMG采纳 2012 06发布规范V1 3 目前正在修订V1 4 SysML图形 这些图形中 重用UML2图形的包括用例图 状态机图 顺序图 包图 扩展图形包括 基于UML类图的块定义图形 基于UML组合结构图的内部块图 基于UML活动图的活动 图 增加的图形包括参数图 需求图 SysML 定义了九种基本图形来表示模型的各个方面 从模型的不同描述角度来划分 这 九种基本图形分成四类 结构图 Structure Diagram 参数图 Parametric Diagram 需求图 Requirement Diagram 和行为图 Behavior Diagram 需求图 需求图详述说明系统必须满足的 一个能力或条件 可能是系统需 要执行的某个功能 也可能是系 统需要实现的某个性能条件 SysML提供了表达需求的模型 并可将需求与其它模型元素关联 以提供可追溯性 结构图 包图可以将建模组件成组 它使 建模过程中生成的元素模型得到 较好的分组管理 从而更加清晰 明了 分组建模元素 支持模型配置管理 结构图 块图用来描述系统结构 可以描 述系统与其它系统间的连接与数 据交换 内部块图以白盒视图的形式描述 系统内部的具体结构块 参数图 参数图反映系统某结构的属性值 如何去影响其它结构属性 参数 限制一般与块图一起使用 补充 块图进行说明 它定义一个或多 个块属性应有的限制 参数限制图经常在系统分析阶段 用于描述系统性能和可靠性的需 求 行为图 活动图描述系统的功能行为 支 持活动间的控制流和对象流 它 对于系统的功能建模特别重要 集中于表现要完成的行为 其输 入输出以及完成的次序和条件 行为图 用例图定义用例 参与者以及它 们之间的通信 从用户的角度描 述了系统的功能 它一般用在早 期的需求分析阶段 保证能快速 识别与系统交互的外界系统和用 户 并进行最高层的行为描述 行为图 顺序图以生命线表示系统各部件 显现它们之间以及它们与外界之 间交互的消息 其可用于进行复 杂场景的描述 以时间次序定义 块结构间的一系列通信行为 行为图 状态机图描述一个特定系统对象 的所有可能状态以及由于各种事 件的触发而引起的状态之间的转 移关系 它用来描述一个对象在 其生命周期中的行为 关注系统 的动态建模方面 主要内容 系统工程建模语言 SysML 介绍系统工程建模语言 SysML 介绍 Arcadia方法论介绍Arcadia方法论介绍 基于Arcadia方法论的Capella建模示例基于Arcadia方法论的Capella建模示例 CATIA RFLP建模示例CATIA RFLP建模示例 总结总结 1 2 3 4 5 用户需求 系统需求 概念解决方案 概念设计 最终解决方案 场景分析模型 系统功能 非功能需求模型 逻辑架构模型 物理架构模型 活动 功能层 逻辑 组件层 行为 组件层 实现 组件层 1 定义业务能力 2 定义业务活动 3 定义活动间关系 4 定义业务实体 5 分配活动至实体 6 定义运行过程 7 定义活动场景 8 定义实体场景 7 定义场景 6 定义系统能力 5 定义功能链 4 分配功能至系统和相关者 3 定义功能数据流 2 完善系统功能 1 从业务分析过渡 9 定义数据模型 8 定义状态和模式 1 从系统分析过渡 2 完善逻辑功能 3 定义逻辑数据流 4 完善功能链5 定义逻辑组件 6 分配功能至组件 7 定义数据流场景 1 从逻辑架构过渡 2 完善物理功能 3 定义物理数据流 4 完善功能链 5 定义物理组件 6 分配功能至组件 7 定义数据流场景 主要内容 系统工程建模语言 SysML 介绍系统工程建模语言 SysML 介绍 Arcadia方法论介绍Arcadia方法论介绍 基于Arcadia方法论的Capella建模示例基于Arcadia方法论的Capella建模示例 CATIA RFLP建模示例CATIA RFLP建模示例 总结总结 1 2 3 4 5 用户要什么 系统要实现什么 系统如何工作系统组成 1 Operational Analysis 运行层分析运行层分析 实体 Entity House Room Person 活动 Activity Get Time Get News Wake Up 运行层架构 Architecture 用例 2 System Analysis 系统分析系统分析 System Data Flow Blank 功能流 System Architecture Blank 分配功能 活动图 Alarm System Functional chain description 系统功能链路 闹钟 System Architecture Blank with FC 活动图中关联功能链路 System Exchange Scenario 场景 顺序图 系统功能与运行活动追溯矩阵 系统相关者与运行实体追溯矩阵 Exchange Items and Types 创建数据 SAB Exchange Item and FE functional exchange 返回架构图 关联功能流与data数据 Completed SAB with CEs component exchange and Allocations 返回架构图 完成组件间数据关系 SAB Filters Combination 架构图 通过过滤器 只显示组件间数据关系 11 Modes States Machine 模式 状态机 需手动在data中添加三个exchange item event radio on radio off radio auto 12 Modes States Machine 模式内添加状态机 13 S M Matrix 模式状态机与功能映射 3 Logical Architecture 逻辑架构逻辑架构 SA LA Transition 系统分析模型转换为逻辑架构模型 功能 活动者 Logical Functions Breakdown 逻辑功能分解 Logical Data Flow Blank 逻辑数据流 基于系统分析阶段的功能流图生成并更改 Modified FC 创建并更改功能链路 alarm Valid FC after correction 关联功能链路至逻辑数据流 Logical Architecture Blank 逻辑架构 并进行功能分配 逻辑架构 功能链路 系统架构简化视图 逻辑组件间数据关系 过滤显示方式 转换系统分析阶段场景 顺序图 为逻辑阶段场景 主要内容 系统工程建模语言 SysML 介绍系统工程建模语言 SysML 介绍 Arcadia方法论介绍Arcadia方法论介绍 基于Arcadia方法论的Capella建模示例基于Arcadia方法论的Capella建模示例 CATIA RFLP建模示例CATIA RFLP建模示例 总结总结 1 2 3 4 5 1 需求 R 用户需求 2 系统分析 F 功能流 3 系统分析 F 功能 需求实施关系 4 系统分析 SA 系统运行场景 5 系统分析 SA 系统运行场景 逻辑 功能实施关系 功能分配 6 系统分析 SA 系统运行场景 逻辑关系 7 系统分析 SA 模式 状态机 8 逻辑分析 F 功能细分 完善功能模型 9 逻辑分析 LA 逻辑架构设计 10 逻辑分析 LA 闹钟场景 顺序图 11 结构设计 P 主要内容 系统工程建模语言 SysML 介绍系统工程建模语言 SysML 介绍 Arcadia方法论介绍Arcadia方法论介绍 基于Arcadia方法论的Capella建模示例基于Arcadia方法论的Capella建模示例 CATIA RFLP建模示例CATIA RFLP建模示例 总结总结 1 2 3 4 5 基于达索方法论的基于达索方法论的CATIA RFLP基于基于Acadia方法论的方法论的Capella 易用性1 界面友好 工具 命令方便查 找 2 机电类工程师更易理解与操作 提供基于Arcadia方法论的向导式操作 用户可按步骤创建相应的图形 功能分配 Function Allocation 1 创建功能 逻辑模型实施关系 实现功能的分配与追溯 2 逻辑端口与功能端口可以创建 实施关系 3 在逻辑模型上通过FL实施关系 查看分配的功能 不能整体显 示功能分配情况 1 功能可分配至逻辑模型 并在逻 辑架构图中显示功能 2 逻辑接口上关联功能端口 并在 逻辑架构图中图形化显示 功能链路 Functional chain 1 没有功能链路概念 但可通过 功能框图实现功能链路描述的 内容 新建功能框图 只包含某一应 用场景的功能流 描述功能链 路 自定义功能框图中的连接线图 形属性 突出功能链路 2 功能流无法体现在逻辑框图上 1 可单独定义某一应用场景的功能 链路 2 功能链路可关联并显示在功能流 图和逻辑架构图上 基于达索方法论的基于达索方法论的CATIA RFLP基于基于Acadia方法论的方法论的Capella 场景定义 顺序图 Scenarios 1 逻辑actor间的message只能是 逻辑间的连接关系 2 不体现功能实施关系 1 逻辑Actor间的message可以是功 能流 2 分配的功能可显示在相应的生命 线上 模式 状态机图 Modes States 1 需要通过Dymola模块定义 States 2 每个F L模型可定义State Machine 某一模型内的State 不能与其他模型关联 1 包含Mode和State两种类型 Mode内可包含多个State 2 Mode State可与功能相关联 专业设计 结构建模等 在统一设计环境下基于需求 功能 逻辑进行结构建模 支持物理架构的定义 基于逻辑组成 定义物理组成框图 仿真1 采用自有模块dymola建模仿真 2 支持FMI接口 可导入其他工 具生成的FMU文件 3 在CATIA窗口下 基于统一的 RFLP模型框架进行仿真 用途用途RFLPSysML 模型分组管理RFLP结构树 CATIA 包图 pkg 描述系统需求R模型 CATIA ENOVIA 需求图 req 描述系统结构 可以 描述系统与其它系统 间的连接与数据交换 L模型 CATIA 框图 逻辑连接块图 bdd 以白盒视图描述系统 内部的具体结构块 内部块图 ibd 用途用途RFLPSysML 反映系统某结构的属性 值 用于描述系统性能 和可靠性的需求 Parameters CATIA ENOVIA 参数图 par 可用于进行复杂场景的 描述 定义块结构间的 一系列通信行为 顺序图 CATIA 顺序图 sd 定义用例 参与者以及 它们之间的通信 从用 户的角度描述了系统的 功能 不足 没。