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基于SysML v2的逻辑架构建模



择要

SysML v2作为OMG官方提出的一种新型体系工程建模语言，在功能和模型概念等方面与SysML v1存在较大的差异。本文基于SysML v2语言，以“柴油发动机”为案例，实现逻辑架构的建模，从而展示其在体系计划和分析中的有效性。通过实际应用中SysML v2与SysML v1建模方式的对比，阐述两者的差别之处以及利用SysML v2的上风。

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一、基于Part Usage的逻辑架构计划   

1.1 建模方法

SysML v2不再沿用SysML v1中的Block、Part Property和Association等概念，而是利用Part Usage和Part Definition等新的建模元素。在SysML v2中，Part Definition用于界说一组具有相同特征的Part Usage模板，同时也可被视为一组具有通用属性和举动的Part Usage范例，其属性和举动可被具体的Part Usage所继承，方便于计划人员利用各个Part Usage举行体系工程建模。
在体系间的布局关系上，Part Usage之间可以通过Composite Feature Membership和Non Composite Feature Membership分别建立组合和聚合关系。聚合关系表示父Part Usage对子Part Usage举行引用，组合关系表示子Part Usage是父Part Usage必不可少的组成部分，计划人员可以利用这两种关系建立Part Usage之间的分解关系。别的，Part Usage也可以利用一个子Item Usage来表示其拥有的组成布局。
计划人员在逻辑架构中可用Part Usage建立主体系，通过Composite Feature Membership分解得到多个由Part Usage表示的子体系；通过Non Composite Feature Membership引用多个由Part Usage表示的外部子体系；子体系可以通过Composite Feature Membership分解产生由Item Usage表示的子布局。
对于体系的性能度量指标（MOP），SysML v2不再沿用SysML v1中Value Property的概念，而是引入Attribute Usage元向来体现属性特征。在建模过程中，Part Definition下能建立多个Attribute Usage，每个Attribute Usage代表一个属性信息。Part Usage将该Part Definition设定为范例后则会将其所有的属性举行继承，同时还可以根据需求自行修改该部分的属性内容而不会影响其对应的Part Definition。因此，该建模方式极大地减少了模型之间的耦合性。
1.2 案例介绍

在“柴油发动机”中，首先界说主体系的Part Definition为“柴油发动机体系”，通过Attribute Usage来设置属性信息，并将Part Usage设置为“柴油发动机”范例。根据具体环境，随后通过Feature Membership关系对Part Usage举行分解而得到若干个子体系（起动子体系、润滑子体系、冷却子体系、燃油子体系、进排气子体系、做功与传动子体系）。同时，根据实际子体系环境，设置通用Part Definition为“分体系界说”，再由各个子体系之间的差异来设定各个差别的Part Definition。柴油发动机布局界说案例如图1所示。

图1 柴油发动机布局界说图

1.3 SysML v2相较于v1的上风

(1) 模型表达更精简：Part可以或许直接举行分解，且分解关系是直接从Part到Part，从而呈现出十分清晰的上下级关系和更为精简的模型整体，易于计划人员理解。
(2) 关系界说更精简：采用Feature Membership统一表征以往的组合、聚合、引用等关系以及Part到Part的分解，模型整体的组织布局更清晰，可读性更强。
(3) 差别层级架构的映射关系更清晰：应用Part和Part Def能很好地表征在正向计划建模的过程中，由粗到细的差别层级架构模型在映射关系上清晰度。

二、基于Connection Usage的连接关系计划

2.1 建模方法

在SysML v2中，Connection Usage用来建立体系中差别Usage之间的连接关系，它界说了多个Usage之间存在的数据流动的布局，以支持复杂的体系交互。例如，在分体系之间建立一个Connection Usage，用以表示分体系之间的数据交互环境，并指定对应的Connection Definition。与上述的Part Definition类似，Connection Definition下可创建多个Attribute Usage用以表示连接属性，而Connection Usage中对该属性值举行修改也同样不会影响到原有的Connection Definition。
别的，Connection Usage答应两个以上的末端存在，这意味着在SysML v2中只需要通过一个Connection Usage就能确立多个模型之间的数据交互环境。
2.2 案例介绍

在本案例中，三个分体系（起动子体系、润滑子体系、冷却子体系）之间均存在数据交互。首先，创建Connection Definition为“连接界说”，并为其设置Attribute Usage为“控制信号”。之后，创建Connection Usage为“控制信号通道”，并指定Connection Definition为“连接界说”。最后，设置Connection Usage“控制信号通道”的末端为三个子体系。数据传输关系案例如图2所示。

图2 柴油发动机子体系连接关系

2.3 SysML v2相较于v1的上风

(1) 表达本事更强：Connection Usage除了传统的连接两端元素的功能之外，也具备了界说此中转达的物质和数据布局的本事。通过Attribute Usage，可以界说此中转达的物质大概数据的关键参数，从而可详实表达其流动的对象。
(2) 连接本事更机动：Connection Usage具备多端连接的本事。在SysML v2的术语中，该本事被称为n-ary connection，意味着可以同时连接多个Usage对象。这种具有共性的连接利用一个Connection Usage举行表达的方式，有助于建模人员简化建模步骤、进步建模效率。

三、布局模型库构建      

3.1 建模方法

基于Definition和Usage的利用范式，可以在体系建模工具中开发界说模型库的功能。计划人员可将差别体系实例中的共性特征抽取出来并抽象化为一个新的Part Definition元素，并将该元素添加到模型库中。例如，将上述的名为”柴油发动机体系”的Part Definition元素添加到模型库中。
在举行新项目的建模时，可以直接将布局模型库中的Part Definition作为新建Part Usage的界说对象，也可以利用模型库中已有的Part Definition元素，特化出一个新的Part Definition元素并基于此建模。
以上建立的Part Usage元素可以继承其关联的Part Definition元素的特征，但不会对Definition元素产生影响。假如盼望更改继承下来的某种特征，可以利用ReDefinition关系对该特征举行重界说。
3.2 案例介绍

在本案例中，Part Usage“柴油发动机”可以利用布局模型库中的“柴油发动机体系”作为其界说，前者的属性会被后者的属性所继承。例如，当需要更改“质量”属性的单位时，可创建Redefinition举行重界说，从而包管此更改不会影响模型库中的元素。

图3 界说库案例 

3.3 SysML v2相较于v1的上风

(1) 模板内容划分更清晰：模型库承载的元素分类更加明确，即将Definition作为模型库的承载对象，从而避免模型库界说混乱、布局不清等弊端。
(2) 模型库和建模元素的耦合更疏松：利用Definition元素和Usage元素的范式计划，可以为模型库和工程项目中的元素耦合松绑。建模元素的变更不会影响模型库中元素的界说，彻底划分了模型库元素和工程项目元素之间的边界。然而，模型库Definition元素的更改仍然会影响到所有以此元素为界说的Usage元素。
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