【原】系統(tǒng)架構(gòu)4：更易計(jì)算的系統(tǒng)描述（SysML）
SysML（System Modeling Language）從名字上看，就讓人感覺(jué)是正統(tǒng)，因?yàn)樗g過(guò)來(lái)就叫“系統(tǒng)建模語(yǔ)言”。但是它的歷史并不長(zhǎng)，從下圖可以看到它誕生于2003年，是由對(duì)象管理組（Object Management Group，OMG）和系統(tǒng)工程國(guó)際委員會(huì)（International Council on Systems Engineering，INCOSE）聯(lián)合開(kāi)發(fā)的。從圖中也會(huì)發(fā)現(xiàn)，它是從UML（Unified Modeling Language）中演化而來(lái)的，而UML主要是用于軟件系統(tǒng)工程，后來(lái)發(fā)現(xiàn)可以拓展到其它系統(tǒng)工程中，于是就從UML中選擇了部分視圖，再加入一些更加通用的視圖，就形成了現(xiàn)在看到的SysML。前面提到了“視圖”，和OMP類(lèi)似，SysML也是通過(guò)圖形的方式來(lái)描述系統(tǒng)。目前的SysML包含有9類(lèi)視圖，它們可以分為3類(lèi)：要求（Requirements），結(jié)構(gòu)（Structure）和行為（Behavior），從名稱(chēng)上可以看出，它們分別用來(lái)描述系統(tǒng)要滿(mǎn)足的要求，結(jié)構(gòu)和行為方式，我們分別進(jìn)行簡(jiǎn)介。顧名思義，要求圖就是用來(lái)定義系統(tǒng)應(yīng)該滿(mǎn)足的要求。這種要求通常可以分為兩類(lèi)：功能類(lèi)和非功能類(lèi)，比如汽車(chē)最基本的功能是要能跑，而其跑起來(lái)噪聲大小則是非功能類(lèi)。每個(gè)系統(tǒng)的功能可能各不相同，但是其非功能類(lèi)的要求通常有如下的幾種：性能表現(xiàn)，設(shè)計(jì)邊界（如重量，尺寸等），界面要求以及可用性，比如在我們汽車(chē)開(kāi)發(fā)中的人機(jī)交互（HMI）和用戶(hù)體驗(yàn)就是一種非功能性的要求。而每種要求還可以通過(guò)圖形的方式進(jìn)行細(xì)化，甚至定義非常具體量化的指標(biāo)。通過(guò)要求圖的方式定義完系統(tǒng)的要求后，就可以在后續(xù)的系統(tǒng)構(gòu)建和測(cè)試中，跟蹤要求的滿(mǎn)足程度，進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。通俗理解，結(jié)構(gòu)就是靜態(tài)描述系統(tǒng)構(gòu)成部分及其之間的相互關(guān)系，在SysML主要包含3類(lèi)：塊定義圖（Block definition diagram），內(nèi)部塊圖（Internal Block diagram）和包（Package Diagram）。2.2.1 塊定義圖（Block definition diagram）塊是個(gè)抽象概念，用來(lái)描述系統(tǒng)中的部件，模組等，它們可以是軟件的，也是可以是硬件的。用矩形表示，而這個(gè)塊本身可以承載它所表示對(duì)象的特性，約束，狀態(tài)等信息。2.2.2 內(nèi)部塊圖（Internal Block diagram）內(nèi)部快圖其實(shí)就是把“塊”打開(kāi)，如果“塊”是個(gè)黑盒子，那么內(nèi)部塊圖就是“白盒子”。2.2.3 參數(shù)圖（Parameter Diagram）參數(shù)圖的目的是對(duì)內(nèi)部快圖的一種參數(shù)量化，強(qiáng)化了數(shù)學(xué)法則對(duì)內(nèi)部塊的定義。
2.2.4 包圖（Package Diagram）如果說(shuō)“內(nèi)部塊”是對(duì)"塊"的打開(kāi)，那么包圖就是對(duì)"塊"的進(jìn)一步封裝，因?yàn)橐粋€(gè)系統(tǒng)中塊太多，為了人們的理解，就需要進(jìn)行進(jìn)一步的歸類(lèi)。我理解“行為”類(lèi)的圖，主要用來(lái)表述系統(tǒng)中描述方式，主要包括如下的四類(lèi)。2.3.1 活動(dòng)圖（Activity diagram）活動(dòng)（activity）用來(lái)描述系統(tǒng)的輸入，輸出和控制的流動(dòng)，也包括這些協(xié)調(diào)這些流動(dòng)的條件，其實(shí)很類(lèi)似于我們常見(jiàn)的流程圖。2.3.2 序列圖（Sequence diagram）在序列圖中一個(gè)重要的概念是Message，我在工作中聽(tīng)到對(duì)它的一個(gè)專(zhuān)業(yè)翻譯“報(bào)文”。而序列圖其實(shí)就是就是基于接收和分發(fā)報(bào)文來(lái)執(zhí)行動(dòng)作，比如我在做汽車(chē)聲音時(shí)，為了讓某個(gè)聲音在特定的出發(fā)條件下發(fā)出，就需要找到對(duì)應(yīng)的報(bào)文，然后按照設(shè)定的邏輯發(fā)出。2.3.3 狀態(tài)機(jī)（State Machines Diagram）狀態(tài)（State）常常表示的是一個(gè)對(duì)象在生命周期中表現(xiàn)的特定特征，比如汽車(chē)中的制動(dòng)系統(tǒng)，有制動(dòng)和非制動(dòng)兩種狀態(tài)。而狀態(tài)機(jī)，描述的就是在一定的觸發(fā)條件下，對(duì)象表現(xiàn)的活動(dòng)，這種觸發(fā)可以是時(shí)間，事件，某個(gè)信號(hào)等。比如你按下臺(tái)燈開(kāi)關(guān)（觸發(fā)），它就點(diǎn)亮（狀態(tài)1），再按一次（觸發(fā)），它就熄滅（狀態(tài)2）。描述系統(tǒng)的操作者會(huì)怎么使用，比如我們常常說(shuō)的使用場(chǎng)景，也可以描述多個(gè)操作者對(duì)同一個(gè)系統(tǒng)不同部分的操作。OPM只需要1種類(lèi)型的圖，就能將對(duì)象和過(guò)程涵蓋進(jìn)來(lái)，而SysML需要多個(gè)視圖（共9個(gè)選擇）來(lái)分別針對(duì)不同的用途。OPM更簡(jiǎn)潔，但是主要適用于概念構(gòu)想階段，而SysML則更加適合詳細(xì)的設(shè)計(jì)階段，而且不同的用途可以采用不同的視圖。對(duì)系統(tǒng)的描述和達(dá)成共識(shí)只是開(kāi)始，而我們更加關(guān)心系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能如何？這就需要引入仿真或計(jì)算，并預(yù)測(cè)復(fù)雜系統(tǒng)的特性及其參數(shù)變化對(duì)功能的影響，而在這個(gè)方面SysML的有時(shí)要明顯優(yōu)于OPM，并不是因?yàn)镾ysML本身可以計(jì)算，而是它對(duì)系統(tǒng)的描述更加細(xì)致，有利于用外在的輔助仿真工具實(shí)現(xiàn)，總體看來(lái)，SysML是為各種仿真搭建了一個(gè)比較的框架。SysML（System Modeling Language）用3類(lèi)（需求、結(jié)構(gòu)、行為）9種類(lèi)型的圖來(lái)刻畫(huà)系統(tǒng)架構(gòu)，更適合于系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，為系統(tǒng)的仿真提供了一個(gè)更高的框架。
1 OMG Systems Modeling Language(OMG SysML?)Tutorial September, 2009；3 Graph-Based Digital Blueprint for Model Based Engineering of Complex Systems
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