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SysML实践指南第二版第八章参数图
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更新于2023-05-30
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典型的设计尝试包含需要来执行许多不同类型的工程分析,例如,对正在考虑的系统支持权衡分析、敏感性分析、和设计优化。可以包含性能、可靠性、和系统的物理属性的分析。SysML支持这些分析类型通过使用参数模型。参数模型捕捉约束在一个系统的属性上,其可以随后被评估通过一个合适的分析工具。约束被表示作为等式,它的参数被绑定到一个系统的属性。每个参数模型可以捕捉一个设计的一个特定工程分析。多种工程分析可以随后被绘制在参数模型其被关联到一个系统设计备选方案,和随后执行来支持权衡分析。SysML引入约束模块来支持参数模型的构建。约束模块是一个特定的类型的模块用来定义等式,所以它们可以被重用和互联。约束模块有两个
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SysML实践指南第二版第八章参数图实践指南第二版第八章参数图
概述
典型的设计尝试包含需要来执行许多不同类型的工程分析,例如,对正在考虑的系统支持权衡分析、敏感性分析、和设计优
化。可以包含性能、可靠性、和系统的物理属性的分析。SysML支持这些分析类型通过使用参数模型。
参数模型捕捉约束在一个系统的属性上,其可以随后被评估通过一个合适的分析工具。约束被表示作为等式,它的参数被绑定
到一个系统的属性。每个参数模型可以捕捉一个设计的一个特定工程分析。多种工程分析可以随后被绘制在参数模型其被关联
到一个系统设计备选方案,和随后执行来支持权衡分析。
SysML引入约束模块来支持参数模型的构建。约束模块是一个特定的类型的模块用来定义等式,所以它们可以被重用和互
联。约束模块有两个主要特征:一组参数集和约束参数的一个表达式。约束模块遵循一个类似地定义模式和被使用到那些应用
到模块和组成部分,正如描述在第7章。约束模块的一个使用被称为一个约束属性。定义和约束模块的使用分别被表示在模块
定义图和参数图上。在SysML中,Russell Peak有关约束对象工作严重影响了语义和约束模块的符号 [41]。
定义约束使用模块定义图
模块定义图被使用来定义约束模块以它们被使用来定义模块的相似方式。一个模块定义图包含约束模块的一个例子显示在图
8.1。
这个图显示三个约束模块。Joule’s Law和Power Sum是叶子约束模块,每个定义一个等式和它的参数。Power Consumption
是一个约束模块由Joule’s Law和Power Sum组成来构建一个更复杂的等式。
图元素用于定义约束模块的,被显示附录的在模块定义图中,表A.8。
参数图
参数图(Parametric diagrams)被使用来生成可以约束模块的属性的方程组。参数图的的标题如下:
par [model element type] model element name [diagram name]
图的类型是:par
模型元素类型可以是一个模块或一个约束模块。
图8.2显示一个参数图对应约束模块Power Consumption来自图8.1。约束属性ps和pe分别是Power Sum和Joule’s Law约束模
块的用法。约束属性参数ps和pe彼此被绑定到Power Consumption,都被显示在图框架中。参数图的图元素被显示在附录,表
A.13。
图8.1 带有约束模块的模块定义图的例子

图8.2 一个参数图使用来构建系统的等式
使用约束表达式来表示系统约束
SysML包含一个通用机制来表达约束在一个系统上,作为文本表达可以被应用到任何模型元素。由于期望使用不同的约束语
言,SysML不提供一种自带的约束语言,诸如,对象约束语言 (OCL)、Java、或MathML,会被使用在适当的域。一个约束的定
义可以包含使用的语言,来使能将被评估的约束。
约束可以被任何元素拥有,其是一个命名空间,诸如,一个包或模块。如果元素拥有的约束被显示作为一个舱段的标志,诸
如,一个模块,约束可以被显示在一个特定的舱段标签为constraints。一个约束也可被显示作为一个备注标志,附着到它约束
的模型元素,约束的文本显示在注释内部,约束语言显示在文本表示之前的括号中,尽管为了减少混乱可能常常被隐藏。
图8.3显示在SysML中,一个模块的约束属性使用不同约束符号的例子。一个模块Block 1有一个明显的约束舱段,其使用Java
作为约束语言,Block 2有一个约束,被显示在一个附加的注释中,并被表示使用一个特定的称为 MATLAB分析工具的约束语
言。
图8.3 显示约束的两种符号的示例
约束模块中封装约束支持重用
SysML也包含一个扩展通用的约束概念的约束模块。约束模块(constraint block)封装了一个约束,使它能够被定义一次,然
后在不同的情境下使用,类似于组成部分表示模块的用法的方式在不同的语境中。等效的概念类似组成部分称为约束属性
(constraint property)。
约束模块的约束表达式可以是任何数学表达式,和可以有一个明显依赖于时间的关系,诸如,一个微分方程中的时间导数。此
外对于约束表达式,一个约束模块定义一组约束参数(constraint parameters)集—一种特定类型的属性使用在约束表示中。约
束参数被绑定到其它参数和它们被使用的模块的属性。关于约束表示,约束参数没有方向将它们指定为非独立或独立变量的约
束表达式。相反,参数之间的依赖关系的解释基于语言的语义用来指定约束表达式。所以,例如,在C编程语言中,表达式a=b+c 是
一个赋值语句,并且所以陈述a是依赖于b和c的值,而表示式a==b+c是一个判断语句并不确定约束与变量之间的依赖或独立关
系。
像其它属性,每个参数有一种定义参数可以占有的数值集的类型。典型的,参数是表示标量或向量的数值类型,通过它的数值类
型,参数也可被约束有一个特定的单位制和数量类型。参数也可以像其它属性一样支持概率分布。
附加的参数特征
属性有两个特征,定义集合时非常有用;也即是,属性的多重性有一个大于1的上限。建模者可以指定是否集合是有序的和是否
集合中的值是唯一的。排序在这种情况下简单意味着,集合的成员被映射到一个正整数的值:成员1、成员2等等。要确定的顺
序意味着必须指定一个附加的约束,或通过使用生成集合的行为来确定。在唯一的集合中,集合中的所有成员属性值必须不同
的。在指定约束参数时,这两种特征是非常有用的。

属性的另外一个有用的特征是,它们可以被标记作为衍生的(参看衍生的属性在第7章,第7.3.4节)。如果一个属性被标记作为衍
生的,它意味着它的值是衍生的,典型的来自其它属性的值。这个特点有两种用法在指定参数时。首先,如果一个方程的计算是已
知的将作为一个功能来实现,一个衍生的参数可以被用来标识依赖的变量。这种的一个例子可以被查看在图8.4。其次,当建模者
希望引导方程求解器,衍生的属性可以说明其值在一个给定的分析中需要将被求解。这种的一个例子可以被查看随后在图
8.16。
约束模块被定义在一个模块定义图正如显示在图8.4。标题同任何其它模块定义图指定为拥有约束的包或模块。约束模块的名
称舱段包含关键字?constraint?在名称上面,区分约束与其它元素在一个模块定义图上。约束表达式被定义在约束模块的约束
舱段和约束参数被定义在参数舱段使用一个字符串使用下面的格式:
parameter name: type[multiplicity]
顺序和唯一性的指示器出现作为关键字在括号中在多重性之后。顺序指示器或为ordered或为unordered; 唯一性指示或
unique或nonunique。在实践中,无序的和非唯一性常常被说明通过缺少一个关键字。一个衍生的属性被显示用斜杠(/)在名称之
前。
图8.4显示两个约束模块Real Sum和Rate Monotonic Model。Real Sum是一个简单的可重用约束,其中一个参数sum等于一组
操作数集的求和,正如表示在约束的约束舱段中。Rate Monotonic Model也是可重用的但更专业的;它描述一个基本的速率单
调分析方法来调度周期性任务的处理资源方程。T表示周期性任务,C表示任务的计算负载,和U表示过程资源的利用。约束语言
没显示在这两种情形中,但它可以被查看,Real Sum的约束被表达在一个类似“C”的语法中。Rate Monotonic Model约束的使用
被表示使用一个更复杂的等式语言,其有功能使用特殊符号渲染。这两种机制是等效的可接受的在一个SysML约束模块中。
图8.4 两个可重用的约束模块表示在一个模块定义图上
T和C是排序的集合,正如说明通过ordered关键字。Ti对应的值是唯一的,标识通过关键字unique,由于每个任务必须有一个不
同的速度对应将是正确的分析。参数n指定任务的数量和一个附加的约束被使用来约束T和C的大小,将是n。U常常是依赖的
变量在底层的计算中,并因此被标记作为衍生的。
使用组合来构建复杂的约束模块
可以从一个模块定义图上已经存在的约束模块组合形成复杂的约束模块。在这种情况下,组合约束模块描述一个绑定它的子约
束的等式的等式,这使复杂的等式的被定义可以通过重用简单等式实现。
第7章中描述模块定义的概念和用法,也被应用到约束模块。一个模块定义图被使用来定义约束模块。参数图表示约束模块的
使用在一个特定的语境中。这类似于模块作为组成部分的用法在一个内部模块图中。约束模块的用法被称为约束属性。
组合的约束模块被描述使用约束模块之间的组合关联。关联的使用被描绘和介绍在第7章中表示组合层次的标准关联符号。一
个约束模块也可以列举它的约束属性在它的约束舱段中,使用下面的语法:
constraint property : constraint block[multiplicity]
图8.5显示Power Consumption约束模块分解成两个约束模块Joule’s Law和Power Sum。分解的终点的是组件的角色名称对应
约束属性。属性pe是Joule’s Law约束模块的用法,其描述标准功率方程。属性ps是Power Sum约束模块的用法,其等同于total
power需要一组component demands集。Power Consumption使用这些等式关联一组组件的电能消耗与一个供电系统的
current和voltage。
Joule’s Law和Power Sum约束模块特征:约束等式在它们的,而Power Consumption约束舱段中列举它的约束属性。注,在这个
例子中,Power Consumption的构成组分的约束不仅显示它的约束舱段而且也使用相关的标志。然而,典型的,在一个给定的图
中,仅一种表示形式被使用。
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