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SysML实践指南第二版第四章汽车案例
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更新于2023-03-03
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本书可以被用来准备SysML认证考试。SysML认证被称为OMG认证的系统建模专家(OCSMP)[34]。OCSMP有四个级别的认证。前两个级别的认证,覆盖SysML基础特征集。第三个级别覆盖完整的特征集,第四个级别包括了附加的建模概念,超越了SysML。本章介绍SysML基础特征集,应用到所有9类SysML图并表示语言特征的一个扩展子集,内容介绍顺序同第三章介绍的SysML-Lite。基础特征集被应用到一辆汽车的系统设计,类似与被介绍在第1.3节。汽车例子也包含引用图和语言概念的更详细的描述,被详细说明在本书的第二部分包含基础特征集和完整特征集的章节中。本章可以被用来获得一个对基础特征集初始
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SysML实践指南第二版第四章汽车案例实践指南第二版第四章汽车案例
一个使用SysML基础特征集的汽车示例
本书可以被用来准备SysML认证考试。SysML认证被称为OMG认证的系统建模专家(OCSMP) [34]。OCSMP有四个级别的认
证。前两个级别的认证,覆盖SysML基础特征集。第三个级别覆盖完整的特征集,第四个级别包括了附加的建模概念,超越了
SysML。
本章介绍SysML基础特征集,应用到所有9类SysML图并表示语言特征的一个扩展子集,内容介绍顺序同第三章介绍的SysML-
Lite。
基础特征集被应用到一辆汽车的系统设计,类似与被介绍在第1.3节。汽车例子也包含引用图和语言概念的更详细的描述,被
详细说明在本书的第二部分包含基础特征集和完整特征集的章节中。本章可以被用来获得一个对基础特征集初始的理解,但您
应该学习本书的第二部分获得一个更详细的对于基础和完整的特征集的理解。
SYSML基础特征集
基础特征集是SysML语言特征的一个子集,将有助于理解个人努力建模的系统建模认证前两级要求的子集。这两个级别被参
考作为模型用户和建模构建者的基础。一个建模者认证在模型用户层次被期望能解释SysML图,其使用基础特征集,和一个建
模者认证在模型构建初级层级被期望能来构建模型,使用基础特征集。模型构建中级被期望能构建模型,使用SysML的完整
特征集。
基础特征集使用到所有9类SysML图。而SysML-Lite仅包含9类SysML图中的6个和一个受限的语言特征子集。SysML构建的子
集,组成基础特征集的被强调在第二部分通过阴影段落。基础特征集也被强调在符号表在附录A,说明通过阴影(注,在本书
的翻译过程,段落取消了阴影)。
汽车例子概述
下面简化的例子说明,SysML基础特征集如何被应用作为一个基于模型的方法的部分来明确说明和设计一辆汽车系统。这个
例子类似于介绍在第1.3节汽车例子,其描述系统工程过程如何可以被应用到明确说明和系统层级的一个汽车的设计。在第1章
中,没有假设无论使用那种基于模型的方法。这个例子强调选择的建模构件其被生成从应用一个典型的MBSE方法类似于个介
绍在第3.4节。第16和17章介绍MBSE方法如何可以被应用的更详细的例子。
例子包含至少每种SysML图的类型的一个图,并且大多数基础特征集被说明。有一些特征在例子中,其扩展基于 SysML基础特
征集,包含连续流和生成集,由于它们说明这个特定例子的重要方面。这些附加的特征被备注在例子种,其中它们被使用。引用
也包含在本节到本书第二部分的章节,提供这些特征的一个详细描述。
例子也包含下面的用户定义概念,其被显示使用名称概念在括号中,和被引用到作为构造类型(stereotype)。第15章描述构造
类型如何被使用来客户化语言对应域特定应用。用户定义的概念使用在这个例子中是:
《hardware》
《software》
《store》
《system of interest》
所有SysML图包含一个图框,其封闭标题和绘图区域。标题描述图的类型、图的名称、和一些额外信息,其为绘图区域的内
容提供语境。有关图框架、标题、和其它通用图元素的详细信息,应用到所有SysML图被描述在第5.3节。
问题总结
描述SysML的例子问题使用正如它应用到一辆汽车系统的规范和设计。正如先前提及的,建模构件被包含在这个例子中是可表
示建模构建的的类型,其被生成从一个典型的MBSE方法类似于描述在第3.4节。仅涉及的一小部分子集被解决来强调语言的
使用。图使用在这个例子中被显示在表4.1。
一个市场分析,其被导入引入需要来增加汽车加速和燃油效率从它当前的功能。在这个简化的例子中,设计的选择方面被考虑
来支持一个初始的权衡分析。权衡分析包含评估结算的车辆配置,其包含一个4缸发动机和一个6缸发动机来确定,是否它们
可以满足加速和燃油效率需求。
汽车模型
下面的子节描述汽车例子的建模构件。
表4.1 使用在汽车例子中的图
组织模型的包图
集成的系统模型概念是MBSE的一个基础概念,正如描述在第2.1.2节。模型包含模型元素,其被绘制在一个模型库中。一个特
定的模型元素可以出现在0,1个或多个在图上。此外,一个模型元素常常与其它模型元素有关系,其可以出现在相同的图或其它
图上。
模型的组织是必须的来管理模型。一个很好组织的模型类似与您有一组抽屉来组织的供应商,其中每个供应商的元素被包含在
一个抽屉中,并且每个抽屉被包含一个特定的在舱室中。模型组织设施是可理解的,存取控制,并能变更模型的管理。
包图对应汽车例子被显示在图4.1。包图显示模型如何被管理进包。这个模型组织包含一组扩展的包集,通过哪些被介绍在空
气压缩机例子使用SysML-Lite在第3.3.2节包。每个包包含一组模型元素集,和每个模型元素被包含仅一个包中。包是说占有
它内部的元素。对于包含的模型元素,包也表示一个命名空间。在模型内部,每个模型元素有一个唯一的名称,被称为完全限
定名称。在一个包中一个模型元素可以与其它包中的模型元素有联系。如何来组织模型使用包的详细描述被提供在第6章。
对于这个例子的模型组织包含一个包名称为Automobile Domain。这个包是模型的顶层,其包含对应汽车例子的所有其它模型
元素。模型组织显示一个包结构其包含包对应Use Cases、Behavior、Structure、Parametrics、IO Definitions、
Viewpoints,Value Types和Vehicle。此外,Vehicle包包含3个内嵌包,分别为Requirements、Behavior和Structure。Use
Cases、Behavior、Structure和Parametrics包包含有关车辆的语境和它的外部环境的模型元素,Vehicle包包含有关车辆设计的
模型元素。IO Definitions包包含模型元素需要来明确说明接口,诸如,端口定义、和输入和输出定义。Viewpoints包被包含来
定义选择的模型视图建模,其解决特定的利益相关者关注正如描述在第4.3.19节。Value Types包包含定义,其被使用来指定
带有单位制的数量属性称为数值属性。建模构件在这个例子的剩余部分描述这些包的特定内容。
图4.1 包图显示模型如何被组织在包中,Automobile Domain包示例
绘制Automobile Specification到一个需求图
车辆系统的需求图被显示在图4.2。图的右上角显示req,说明图的类型是需求图,并且图的名称为Automobile System
Requirements。标题也说明图框架表示一个包。
图描绘典型的捕捉在一个文本规范中的需求。需求被显示在一个容器层次来描述它们之间的层次关系。Automobile
Specification是一个顶层需求,其包含规范需求。顶部的十字准线符号表示容器。
图4.2 需求图显示系统需求包含在汽车规范中
Automobile Specification包包含需求:Passenger and Baggage Load、Vehicle Performance、Riding Comfort、Emissions、
Fuel Efficiency、Production Cost、Reliability、Occupant Safety。Vehicle Performance需求包含需求Maximum
Acceleration、Top Speed、Braking Distance和Turning Radius。每个需求包含一个唯一标识、文本、并可以包含其它用户定
义的属性,诸如,验证状态和风险,典型的与需求关联。Maximum Acceleration需求的文本是“The vehicle shall accelerate from
0 to 60 mph in less than 8 seconds under specified conditions”,Fuel Efficiency需求的文本是“The vehicle shall achieve a
minimum of 25 miles per gallon under specified driving conditions”。
需求可以被直接生成在SysML建模工具中,或它们可以被导入从一个需求管理工具或一个需求文本文档。需求可以与其它需
求、设计元素、分析、和测试用例关联,使用derive、satisfy、verify、refine、trace和copy关系。这些关系可以被用来建立清
晰的需求可追溯性,确保需求被满足和验证,并管理需求和设计的变更。这些关系的一些被强调在第4.3.18节。需求可以被表示
使用多个显示选项来显示需求,它们的属性,和它们的关系,也包含一种表格形式的表示。第13章提供一种详细的描述需求如何被
建模在SysML中,并在第17.3.7节提供对应建模需求的附加指导。
使用一个模块定义图定义Vehicle和它的外部环境
在系统设计中,非常重要来标识什么是外部系统,可以直接或间接的与系统交互。模块定义图对应Automobile Domain在图4.3
定义Vehicle和外部系统、用户、和其它实体,车辆可以直接或间接与它们交互。
模块(block)是一个非常通用建模概念在SysML中,被使用来建模结构实体,诸如,系统、硬件、软件、物理对象、和抽象实
体。也就是,模块可以表示任何实际或抽象实体,可以被概念化作为一个结构单元带有一个或多个明确的特征。模块定义图绘
制模块之间的关系,诸如,模块层次。
在图4.3的模块定义图显示包含在Structure包中的模块,正如说明通过标题。Automobile Domain是模块定义图中的最顶层,
提供车辆的语境。模块由其它模块组成,正如说明通过黑色钻石标志和线的箭头方向指向其组成模块。这个整体-部分关系被
称为组合关联(composite association)。组合的层次解释在第7.3.1节与容器是不同的(即,十字符号)其连接父到子,需求正如
显示在图4.2。需求容器层次被描述在第13.9节。箭头旁边的名称在组合关联的组成部分一侧表示一个模块的一个特定用法,随
后描述在第4.3.10节和第4.3.12节。Vehicle模块也包含构造类型?system of interest?使用一个书名号标志。其它模块是车辆的
外部,包含Driver、Passenger、Baggage 和Physical Environment。注意,即使驾驶员、乘客、行李被假定为Vehicle物理内
部的,它们不是车辆结构的部分,因此对车来说是外部的。
Driver和Passenger是Vehicle Occupant的子类,正如说明通过中空的三角形标志。这意味着,它们是Vehicle Occupant类
型,它们继承通用特征从Vehicle Occupant。以这种方式,一个分类可以被生成通过指定模块从更通用的模块。
Physical Environment由Road、Atmosphere和多个External Entities组成。External Entities可以表示任何物理对象,诸如,一
个交通灯或另外一辆车,驾驶员与其交互。Driver和一个External Entity的交互可以影响Driver如何与Vehicle交互,诸如,当
交通灯从绿色变化为黄色或红色时,驾驶员应用刹车。多重性标志0..*表示最大数量不详的外部实体。多重性标志也可以表示
一个正整数,诸如,4,或一个范围,诸如,0..4的的重性,对应乘客的数量。
正如先前描述的,每个模块定义一个结构化单元,诸如,一个系统、硬件、软件、数据元素、或其它概念实体。一个模块可以
有一组特征集。模块的特征包含它的属性(例,重量),它的行为根据活动分配到模块或模块的操作,和它的接口正如定义通过它
的端口。这些特征一起使一个建模者能来明确说明描述的层次,对于应用是协调的。
Road是一个模块,其有一个属性称为坡度(incline)使用单位制弧度(Radians),和一个属性称为摩擦(friction)被定义作
为一个实数。相似的Atmosphere是一个模块,其有2个属性对应温度(temperature)和空气密度(air density)。这些属性被
使用与其它属性一起支持车辆加速和燃油效率的分析,讨论在第4.3.13到4.3.16节。
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