系统模型语言外文翻译资料

系统模型语言

摘要：2006年7月6日，对象管理组trade;（OMGtrade;）宣布采用OMG系统建模语言（OMG SysMLtrade;）作为最终采用的规范。OMG SysML规范是为了响应OMG和INCOSE（国际系统工程委员会）发布的联合征求建议书，该请求书旨在满足系统工程师的特定需求的UML 2定制版本。OMG SysML规范由一个基础广泛的团队开发，包括工具供应商，领先的行业用户，政府机构和专业组织，为期3年。创建SysML规范，Artisan是规范架构师，这是一项艰巨的任务，已经投入了超过100人年的努力。OMG SysML 是一种可视化建模语言，它扩展了 UML 2，以支持复杂系统的规范、分析、设计、验证和确认，包括硬件、软件、数据、人员、程序和设施的组件。OMG SysML旨在与不同的方法一起使用，包括结构化分析，面向对象等。OMG SysML 重用 UML 2 概念和关系图的子集，并使用一些适用于系统建模的新图和构造对其进行了扩充。本文将介绍OMG SysML的背景，并总结OMG SysML规范，包括对UML 2.0的修改，以及新的要求和参数图。

关键词：

1. 介绍

自1997年采用以来，统一建模语言（UML）在软件工程师中非常受欢迎，以至于它现在是唯一一种广泛使用的软件工程可视化建模语言。过去，UML对软件的关注阻碍了许多系统工程师认真采用它。有各种方法用于解决UML的系统工程师的缺点。有些公司利用UML中提供的构造型在其应用程序域中创建实体的'库'或配置文件。通过应用这些，他们能够表达非软件概念（Hause，2003）。其他人使用Microsoft Visio等工具来建模他们的系统工程概念，并结合他们的UML模型。但是，使用这种方法，他们留下了两个独立的模型，他们无法集成或交叉引用。有些人干脆忽略了这个问题，或者用词来填补空白。一些工具制造商，如Artisan Software Tools扩展了UML，允许在单个模型中集成硬件，软件和系统工程概念（Hause 2001）。这使他们受到'非标准'的指控。然而，由于大多数系统工程师都是实用主义者，这个论点通常并不有效。事实上，Hause（2001）中概述的大多数概念已经集成到UML 2.0和OMG SysML中。Lykins（2000）提供了一篇关于尝试使UML适应SE和一些问题的早期论文。

1.1.UML的缺点

那些了解UML的人发现它是一种有效的建模语言。UML的根源牢牢地扎根于软件OMG（1997）指出，'统一建模语言（UML）是一种通用的可视化建模语言，旨在指定，可视化，构造和记录'软件系统'的工件。在UML 2.0版本的规范中，软件系统已被系统[OMG，2003a]所取代。这反映了系统工程师和其他域用户对UML的使用增加。UML 具有足够的灵活性和健壮性，可以支持扩展以满足系统工程的需求。UML 的优势之一是其内置机制，用于将其建模元素的通用形式专用于更多特定于应用程序的变体。总的来说，它们为UML'配置文件'提供了一种功能，这些配置文件为特定应用程序域打包了特定的术语和子结构。利用这一点可以实现'系统工程的标准建模语言，用于分析，指定，设计和验证复杂系统，旨在提高系统质量，提高在工具之间交换系统工程信息的能力，并帮助弥合系统，软件和其他工程学科之间的语义差距'（OMG SysML，2003）。但是，系统工程师需要的对UML的修改不仅仅是添加构造型。

1.2.UML 1.x 的问题

许多系统工程师的起点是系统上下文图，其中包括系统和/或组件，接口及其环境中元素之间的输入/输出流的描述。唯一能够对物理节点进行建模的 UML 1.x 关系图是部署图。不幸的是，OMG（2003b）指出，部署图用于'定义表示将软件工件分配给节点的系统执行体系结构'。这反而限制了它的范围。它最基本的缺点是无法对任何细节的分层系统架构进行建模。对象序列图（OSD）使用起来也很笨拙。没有办法链接到其他子序列，例如'包含'或'扩展'用例。由于系统工程师在UML中的大部分工作都涉及用例或行为视图，因此这变得尴尬且重复。此外，没有办法对需求进行建模或链接到需求，也无法对参数方程进行建模。

1.3.UML 2.0

UML 2.0 在某种程度上解决了建模体系结构的问题。特别是，它为分层结构和行为建模提供了增强的能力。复合结构图提供了分层体系结构;但是，它最初只允许一个级别的层次结构，并且不允许对链路上的流进行建模。对象序列图也得到了改进。同样值得注意的是，SE和UML 2.0团队之间的早期合作导致了一些问题得到解决。然而，与需求、参数方程和其他方面的联系仍未得到解决。

1.4.OMG SysML 的目标

因此，对象管理小组（OMG）决定将UML用于系统工程。2003年3月，OMG发布了由OMG系统工程领域特别兴趣小组（SE DSIG）编写的适用于系统工程的UML定制版本的征求建议书（RfP）。Friedenthal，Burkhart（2003）给出了用于SE RFP的UML发展的早期历史。用于系统工程的UML定制旨在支持各种系统的建模，其中可能包括硬件，软件，数据，人员，程序和设施。目标是为系统工程提供一种'标准建模语言，用于分析，指定，设计和验证复杂系统，旨在提高系统质量，提高在工具之间交换系统工程信息的能力，并帮助弥合系统，软件和其他工程学科之间的语义差距'（OMG SysML，2003）。只有一个技术提交给RfP，称为OMG SysML。OMG SysML团队拥有广泛的成员，包括系统工程师，工具供应商，政府机构和学术机构。ARTiSAN Software Tools一直是OMG SysML团队的活跃成员。

本材料基于 v1.0 OMG SysML 规范草案，该规范在整个 OMG 最终确定过程中仍会稍作更改。以下各节概述了为支持 OMG SysML 而对 UML 2.0 所做的一些添加和修改。它绝不是一个完整的列表，但会触及系统工程师的主要亮点。许多描述和示例直接取自规范和 OMG SysML 团队开发的 OMG SysML 教程，并为那些不熟悉 UML 的读者添加了其他信息。有关完整的描述，读者将定向到OMG SysML规范（OMG，2006），该规范可以在OMG SysML网站（www.omgsysml.org）上找到。 与许多其他UML规范不同，它包含一个工作示例，并且是用那些不是方法学家的人可以理解的语言编写的。

1.5.新图表

OMG SysML 重用了 UML 2.0 的一个子集，并提供了满足 UML for SE RFP 中要求所需的其他扩展。OMG SysML 向 UML 添加新的图并修改其他图。OMG SysML 团队的目标之一是尝试尽可能多地使用 UML 2.0，除非绝对必要，否则避免进行更改。在初始阶段，考虑了许多新图，但是，这些图现在已经减少到只有两个，即需求图和参数图，这两者都是现有UML 2.0图的变体。

组成 UML 和 OMG SysML 语言的语言构造集分别显示为标记为'UML 2'和'SysML'的圆圈。两个圆圈的交集（由标记为'UML 重用'的区域所示）表示 OMG SysML 重用的 UML 建模构造。该规范列出了 OMG SysML 工具必须重用以实现 OMG SysML 的 UML 包。标记为'SysML 对 UML 的扩展'的区域表示为 OMG SysML 定义的新建模构造，这些构造扩展了现有的 UML 构造。请注意，UML 2 中还有一部分不是实现 OMG SysML 所必需的，这由标记为'SysML 不需要的 UML'的区域显示。

1.6.规范

规范中还定义了工具的合规性要求。这现在也在UML规范中（OMG，2006）。符合 OMG SysML 要求实现 OMG SysML 所需的 UML 子集，并实现 OMG SysML 所需的 UML 子集的扩展。为了完全符合 OMG SysML，工具必须为所需的 UML 子集和 OMG SysML 扩展实现具体的语法（表示法）和抽象语法（元模型）。UML 有三个符合性级别（L1、L2 和 L3），OMG SysML 将这些级别应用于 UML4SysML 包中的子集。符合较高级别（例如 L3）要求符合较低级别。除了 UML 之外，OMG SysML 的其他符合性单元是 SysML 配置文件的子包。工具供应商将被要求说明他们的支持是完全合规，部分合规还是不合规每个合规单位。

1.7.图表摘要

OMG SysML 包括可用于指定系统要求、行为、结构和参数关系的图表。这些被称为OMG SysML的四大支柱。

系统结构由框定义图和内部框图表示。块定义图描述了系统层次结构和系统/组件分类。内部框图描述了系统的内部结构，包括其部件、端口和连接器。包关系图用于组织模型。

行为图包括用例图、活动图、序列图和状态机图。用例图提供了系统功能的高级描述。活动图表示活动之间的数据流和控制。序列图表示系统协作部分之间的交互。状态机图描述了系统或其部件为响应事件而执行的状态转换和操作。

需求图捕获需求层次结构以及派生、满意度、验证和优化关系。这些关系提供了将需求相互关联以及将需求与系统设计模型和测试用例相关联的功能。需求图在典型需求管理工具和系统模型之间架起了一座桥梁。参数图表示对系统参数值（如性能、可靠性和质量属性）的约束，以支持工程分析。OMG SysML 包括一个分配关系，以表示各种类型的分配，包括将功能分配到组件、逻辑分配到物理组件以及将软件分配到硬件。

此逻辑示意图列表并非独占。例如，如果建模者认为 UML 通信图对于传达特定概念或要求是必要的，则允许这样做。

每个 OMG SysML 图都有一个框架，其中包含内容区、标题和图表描述，如图 4 所示。框架是 OMG SysML 图所需的矩形（注意：该框架在 UML 中是可选的）。框架可以指定一个模型元素，该模型元素是框架中所包含的模型元素的默认命名空间。如果框架中的模型元素未包含在与框架关联的默认命名空间中，则必须提供该元素的限定名称。顶级'模型'名称是模型元素的最高级别命名空间。框架可以包括与指定模型元素关联的边界元素，如块的端口、状态机上的入口/出口点、交互的门、活动的参数和约束块的约束参数。框架有时可能由工具提供的逻辑示意图区域的边框定义。

1.8.横切结构

这些既适用于结构和行为。跨领域构造支持跨越不同视图的问题，并且可能由模型的全部或不同部分解决。请参阅 Hause （2006） 了解更多信息。这些构造采用分配、要求和参数化的形式。分配定义了一种基本分配关系，该关系可用于将一组模型元素分配给另一个模型元素，例如将行为分配给结构或将逻辑元素分配给物理组件。

1.9.示例关系图

本文中显示的数字是在Artisan Studio中创建的，并且基于Sanford Friedenthal，Alan Moore和Rick Steiner在Friedenthal等人（2006）中引用的SysML教程中显示的数字。

1. OMG SYSML 中的要求

OMG SysML 的两个主要扩展之一是对要求的支持。'要求'构造型扩展类以指定文本'应'语句并捕获要求 id#。需求图用于将系统模型与基于文本的需求集成，这些需求通常在需求管理工具中捕获。UML 包含关系用于将需求分解为其组成需求。需求通过一组构造型依赖关系与其他关键建模工件相关。'derivReqt'

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