《SysML精粹》学习记录--第二章

---

第二章：系统建模语言概览

SysML介绍

  SysML 是一种应用广泛，表意丰富的图形建模语言,可以使系统设计的重要方面——结构、行为、需求和参数（数学模型）——可视化，便于就设计内容进行沟通。SysML是多种图形建模语言中的一种。
  SysML的语法和标识法都定义在标准说明书里面，它由对象管理组织（0bjectManagement Group，Inc. OMG）发布，并归其所有。

SysML与UML

  Unified Modeling Language （UML）又称统一建模语言或标准建模语言，是始于1997年一个OMG标准，它是一个支持模型化和软件系统开发的图形化语言，为软件开发的所有阶段提供模型化和可视化支持，包括由需求分析到规格，到构造和配置。
  SysML 并不是一种独立的语言。它是UML的一种形式或者扩展，而UML是特别为系统工程领域所创建的。UML 被设计为针对软件工程领域的标准化建模语言。系统工程师发现，使用标准的建模语言来构建系统模型很有价值，但他们并不觉得UML足以记录系统工程中所有有意义的概念。
  例如，UML模型可以包含DataType元素。软件工程师可以使用在UML模型中使用一种数据类型（例如，整型）指定类中一种属性的类型、能够在活动之间流动的对象的类型，以及一项操作中参数的类型。然而，系统工程师会关注非数据的可流动的其他类型的事物，像事件和能量。在此情况下，DataType的概念就不够充分了。因此，SysML引入了一种新的模型元素叫做ValueType，它扩展了DataType 的概念，从而为系统工程领域的广泛类型提供了更贴切的术语。

SysML图概览

  一共有九种SysML图：模块定义图、内部模块图、用例图、活动图、序列图、状态机图、参数图、包图、需求图。SysML图分类如下图所示：

  活动图、序列图、状态机图和用例图都属于行为图。模块定义图、内部模块图和包图都属于结构图。参数图是内部模块图；根据传递性，它也是结构图。需求图自成一类——但它还是SysML图这个家族的重要组成部分。图之间的关系可描述为：“……图是……图的一种类型”，例如活动图是行为图的一种类型。
  各种SysML图简要介绍如下：
  1）模块定义图（Block Definition Diagram，BDD）：用于表示模块和值类型之类的元素（定义能够在可操作的系统中存在的事物类型）以及那些元素之间的关系。BDD的通常用法包括显示系统层级关系树以及分类树。
  2）内部模块图（Internal Block Diagram，IBD）：用于指定单个模块的内部结构。更精确的说法是，IBD会显示模块内部组成部分之间的关系，以及它们之间的接口。
  3）用例图（Use Case Diagram）：用于表达系统执行的用例，以及引起用例的行为者和其中的参与者。用例图是系统在行为者的协作下所执行服务的黑盒视图。
  4）活动图（Activity Diagram）：用于指定一种行为，主要关注控制流程，以及输入通过一系列动作转换为输出的过程。活动图一般用作一种分析工具，以理解和表达系统所需要的行为。
  5）序列图（Sequence Diagram）：用于指定一种行为，主要关注模块的组成部分如何通过操作调用和异步信号交互。序列图通常用作详细设计工具，以精确地把一种行为指定为生命周期开发阶段的输入项。序列图也是指定测试案例的一种优秀机制。
  6）状态机图（State Machine Diagram）：用于指定一种行为，主要关注模块的一系列状态，以及响应事件时，状态之间的可能转换。状态机图和序列图一样，都可以精确说明一个模块的行为，可以作为生命周期开发阶段的输入项。
  7）参数图（Parametric Diagram）：用于表示一种或多种约束——特别是等式和不等式——如何与系统的属性绑定。参数图支持工程分析，包括性能、可靠性、可用性、电力、人力和成本。参数图还可以用于支持候选物理架构的优劣势研究。
  8）包图（Package Diagram）：用于显示模型以包相互包含的层级关系形式组织的方式。包图可能还会显示包所包含的模型元素，以及包之间的依赖关系和它们包含的模型元素。
  9）需求图（Requirement Diagram）：用于表示基于文字的需求、需求之间的关系（包含关系、继承关系以及复制关系），以及满足、验证和改善它们的其他模型元素。

SysML通用图

  每幅SysML图都会有外框、内容区域（也叫做画布）和头部。图的外框是外部的矩形（在SysML（和UML 不同)中，外框必须显示）。内容区域是外框内部的区域，其中可以显示模型元素和关系。头部位于图的左上角，其右下角被截掉一部分，如下图所示。头部信息的格式是一种最重要的图概念。头部一般包含四段信息：图的类型（diagramKind）、模型元素类型（modelElementType）、模型元素名称（Model Element Name）、图的名称（Diagram Name）。

  其中图的类型以SysML定义的缩写显示：bdd=模块定义图，ibd=内部模块图，uc=用例图，act =活动图，sd=序列图，stm=状态机图，par =参数图，req=需求图，pkg=包图。图的名称可以任意设置。
  对于模型元素类型及模型元素名称，需要了解SysML图概念的另一个关键方面：图所代表的模型元素会为图中所显示的其他元素定义命名空间，也就是模型层级关系中的容器元素。只要简单放置，图的头部显示的模型元素类型和模型元素名称就会指出图中的元素在模型中的位置。模型元素可能是结构化元素（例如，一个包或者模块），或者可能是行为元素（例如，一种活动、交互或者状态机）。图能够代表的模型元素的类型取决于你所创建的图的种类。它们之间的匹配关系如下表所示。

图类型	可表示的模型元素类型
模块定义图	包、模型、模型库、视图、模块、约束模块
内部模块图	模块
用例图	包、模型、模型库、视图
活动图	活动
序列图	交互
状态机图	状态机
参数图	模块、约束模块
需求图	包、模型、模型库、视图、需求
包图	包、模型、模型库、视图、概况

  要注意的是：模型的图永远不是模型本身，它只是模型的视图。不能因为某个特性在一幅图中没有出现就断定它不存在；它可能会在模型的另一幅图中出现，也可能根本就不出现。

小结

  SysML是一种能够表达丰富内容的图形建模语言，可以使用它把系统的结构、行为、需求和参数可视化，并与其他人沟通这些信息。SysML定义了9种图，可以使用它们描述所有系统设计信息；每种图都针对特定的目的，并说明系统一个方面的特定信息。