SysML汽车领域实践课件
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SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
明确系统级操作状态
➢利用状态机（State Machine）描述系统在系统场 景中的预期行为
➢该阶段生成的状态机不一定只是上一阶段中模式 状态图的精化结果，可能会有新的元素及结构
➢系统级状态图的生成是一个迭代过程，与系统用 例的生成过程交替执行
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
物理架构设计
➢在理解了系统模块的基础上设计物理硬件架构 ➢用块定义图描述功能之间的执行关系 知道有哪些系统功能，然后把需要的物理设备和硬 件识别出来。
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
物理架构内部设计
➢对物理架构进一步精化 ➢用内部块定义图描述物理组件之间关系 ➢内部场景的定义
SysML汽车领域实践
定义系统边界
➢利用系统关联图（Context Diagram）描述系统 环境及与外部对象的交互以确定系统边界
➢ 明确系统生命周期从制造到回收的各个阶段， 为每个阶段创建一个块定义图（BDD）
➢明确与系统交互的外部元素及对应的交互关系
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
常见技术实现方式是根据设定好的模板，工具生成 对应的Word文档。
至此第一阶段任务完成
SysML汽车领域实践
需求分析
1. 描述系统与外界交互的接口 2. 生成系统级用例 3. 明确系统级操作的状态 4. 系统需求追踪性确认
SysML汽车领域实践
系统与外界交互接口描述
➢分析外部元素与系统交互时产生的数据与控制流 ➢使用内部块图（Internal Block Diagram）描述系统
SysML汽车领域实践
架构设计
1. 识别各个功能模块 2. 明确模块与系统状态的关系 3. 根据模块设计物理架构 4. 完成模块与物理设计之间的映射关系 5. 精化模块和架构 6. 度量评估系统架构
分析视角从黑盒向白盒的转换
SysML汽车领域实践
识别功能模块
➢将前面的operation即系统的操作分解精化为具体 功能模块 ➢用活动图描述功能之间的执行关系 Data flow Control flow
SysCARS方法
示范项目 不同产品线多个子系统进行了试验 发动机控制系统 电控系统 雨刮等辅助设备系统
人员培训 系统建模和软件建模的基础内容 SysCARS方法流程 跟项目实习
SysML汽车领域实践
SysCARS方法整体框架
涉众 需求 文档
系统 需求 文档
SysML汽车领域实践
系统 设计 文档
与外部交互的界面 ➢每个系统可能对应多个内部块图，以实现其与不
同环境交互的描述 ➢为方便理解与管理，可用多个内部块图描述系统
在同一环境下不同类别的界面，如机械界面、电 子界面、数据处理总线等
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
系统级用例
➢将前面的环境用例精化为系统用例，明确系统需 要实现的功能或服务 ➢沿用环境用例及顺序图作为初始的系统用例及顺 序图，然后根据预期功能进行扩展 ➢将系统用例中场景内部产生的交互定义为事件
SysML汽车领域实践
SysCARS方法：
SysML在汽车领域的应用实践
SysML汽车领域实践
内容提要
问题背景 SysCARS整体框架 SysCARS关键技术 评析
SysML汽车领域实践
问题背景
逐渐浮现的问题 ➢ 新型软硬件技术促使标准的更新换代加快 ➢ 复杂度日趋上升 ➢ 用户体验要求上升 ➢ 产品快速迭代
新型的汽车控制系统制造，面临定制化要求日益突 出，用户需求频繁变更，产品迭代与升级加速等一 系列问题。
SysML汽车领域实践
问题背景
从方法学角度而言，汽车控制系统的生产需要满足如 下要求：
1. 软硬件协同设计 2. 流程规范易懂 3. 开发方法能灵活适应变更 4. 生产与开发能满足定制化需求
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
SysCARS方法
工具环境搭建 ➢尽可能实现自动化的需求分析和设计环境，并能与 SysML本身相关工具无缝连接 ➢易用 ➢成本 ➢企业文化与习惯
当前主流的SysML建模工具，例如EA等，基本都是以XMI 为标准输出结构。 Artisan: Atego Rhapsody: IBM
Valeo工作流：Valeo自身开发流程，用profile定义
商业化工具为基础的工具环境：DOORS，Reqtify等
SysCARS (System Core Analysis for Robustness and Safety)
SysML汽车领域实践
SysCARS方法
整体思想
以Valeo自身工作流为基础，针对系统开发的不同 阶段，选取合适的分析图形和工具，最终完成系统设 计与开发。
SysML本身更侧重于语言和描述，而前述过程是Valeo 工作流驱动的。 SysML工具目前过于复杂而不利于普通工程师 自动化系统化引导工程人员
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
工作流驱动的开发过程
步骤控制与引导 图形的建立 文档的导出 支持预定义和自定义描述机制 版本控制和追踪 需求模型验证
问题背景
Valeo公司对问题的理解： 1. 开发流程需要完整的方法学指导 2. 方法学尽可能不与企业本身流程冲突 3. SysML过于追求通用化而导致过于庞大的图库 4. SysML本身缺乏特定的方法学 5. 生产与开发能满足定制化需求
SysML汽车领域实践
SysCARS方法
整体思想 SysML部分图形：选取对行业有直接作用的图
经典方法： 1. 审查 2. 建立追踪矩阵
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
追踪矩阵
Functional Use Case Requirement
UC-1
UC-2
FR-1
√
FR-2
√
FR-3
FR-4
FR-5
√
FR-6
UC-3
√ √ √
SysML汽车领域实践
UC-4
√
阶段性文档生成： 涉众需求描述文档（Stakeholders Needs Document， SND）
开发流程建立：System Development and Validation
Process
➢ 混合动力车等新一代车型需求驱动 ➢ 聘行业标准专家等组成流程设计队伍
SysML汽车领域实践
SysCARS方法
人员角色设定 ➢根据系统级建模的理论指导完成“人员—开发活动”之
间的映射关系 标准规范咨询专家 需求分析工程师 系统架构师 产品经理 测试人员
SysML汽车领域实践
SysCARS方法
SysML剪裁 DSL方案（Domain Specific Language 领域定制语言） 保留SysML的核心内容，以此为基础扩展工具 以SysML几个核心图形为基础，根据这些图的特点，开发 相应的工具来支撑SysML在Valeo公司内部的应用。
SysML汽车领域实践
定义涉众需求
1. 抽取涉众需求 2. 定义系统边界 3. 明确并描述环境用例 4. 明确操作模式 5. 建立涉众需求与操作用例的相关元素的追踪
SysML汽车领域实践
抽取涉众需求
➢抽取利益相关者设想的预期系统功能，而非功能实 现细节
➢ 注重任务级的性能需求抽取以支持后期的方案选择 ➢ 原始需求存于特定文档或数据库 ➢ 需求分类：用户相关、系统相关及组件相关
SysML汽车领域实践
示范性项目从 2012年开始， 2014年完成。
发动机和雨刷 控制等系统
SysC 开发流程建立 2. 人员角色设定 3. 工具环境搭建 4. SysML剪裁 5. 示范项目 6. 人员随项目训练
SysML汽车领域实践
SysCARS方法
组件需求文档（Component Needs Document，CND）
SysML汽车领域实践
工作流驱动的开发过程
SysML本身更侧重于语言和描述，而前述过程是Valeo 工作流驱动的。 SysML工具目前过于复杂而不利于普通工程师 自动化系统化引导工程人员
SysML汽车领域实践
工作流驱动的开发过程
环境用例：从用户角度看系统
➢环境用例图描述了系统预期提供的服务 ➢在块定义图的基础上对利益相关者的需求进行精 化 ➢询问块定义图中每一个actor，获取他们希望系统 提供的服务 ➢一个用例由一个外部事件触发，最终返回一个结 果给用户，可细分为一组场景（Scenarios），场景 可用顺序图表示。
SysML汽车领域实践
至此第一阶段任务完成sysml汽车领域实践系统需求追踪性确认sysml汽车领域实践分析外部元素与系统交互时产生的数据与控制流使用内部块图internalblockdiagram描述系统与外部交互的界面每个系统可能对应多个内部块图以实现其与不同环境交互的描述为方便理解与管理可用多个内部块图描述系统在同一环境下不同类别的界面如机械界面电子界面数据处理总线等sysml汽车领域实践sysml汽车领域实践将前面的环境用例精化为系统用例明确系统需要实现的功能或服务沿用环境用例及顺序图作为初始的系统用例及顺序图然后根据预期功能进行扩展将系统用例中场景内部产生的交互定义为事件sysml汽车领域实践sysml汽车领域实践利用状态机statemachine描述系统在系统场景中的预期行为该阶段生成的状态机不一定只是上一阶段中模式状态图的精化结果可能会有新的元素及结构系统级状态图的生成是一个迭代过程与系统用例的生成过程交替执行sysml汽车领域实践sysml汽车领域实践系统需求追踪确认两种追踪性链接隐性链接
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
版本同步和追踪
SysML汽车领域实践
需求模型验证
• 落实在“追踪”上
SysML汽车领域实践
需求模型验证
• 尝试用Simulink做仿真进行验证
SysML汽车领域实践
评述
涵盖了需求分析和系统建模的工程活动 系统化的方法 自动化工具支撑环境 可扩展性良好
SysML汽车领域实践
操作模式（Mode）
➢一个模式可视为系统所处的一个状态 ➢为环境用例中的场景建立模式状态图，包括所有 状态及状态间的转换关系 ➢模式状态图与用例图的创建过程息息相关且交错 进行
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
原始需求与用例的追踪
➢ 确保所有原始需求均被用例图覆盖 ➢ 将所有原始需求与用例联系起来 ➢ 在链接信息基础上进行可跟踪性分析
SysML汽车领域实践
系统需求追踪确认
➢两种追踪性链接
➢隐性链接：图内组件之间关联 ➢显性链接：不同层次之间关联
系统间异构元素之间关联
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
阶段性文档生成： 系统需求文档（System Requirements Document） 至此第二阶段任务完成
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
功能与架构内部模块的映射
➢用描述场景的方式描述模块间关系 活动图 状态图 顺序图 需要关注的是图形直接的关联
SysML汽车领域实践
追踪、度量与文档导出
➢同一类图形上下层之间关系 不同类别的图形之间的逻辑关联关系 矩阵等传统技术， Artisan工具
➢ 度量：涉及仿真等外部评估活动 ➢ 文档导出：系统设计文档（System Design Document, SDD）
SysML汽车领域实践
明确系统级操作状态
➢利用状态机（State Machine）描述系统在系统场 景中的预期行为
➢该阶段生成的状态机不一定只是上一阶段中模式 状态图的精化结果，可能会有新的元素及结构
➢系统级状态图的生成是一个迭代过程，与系统用 例的生成过程交替执行
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
物理架构设计
➢在理解了系统模块的基础上设计物理硬件架构 ➢用块定义图描述功能之间的执行关系 知道有哪些系统功能，然后把需要的物理设备和硬 件识别出来。
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
物理架构内部设计
➢对物理架构进一步精化 ➢用内部块定义图描述物理组件之间关系 ➢内部场景的定义
SysML汽车领域实践
定义系统边界
➢利用系统关联图（Context Diagram）描述系统 环境及与外部对象的交互以确定系统边界
➢ 明确系统生命周期从制造到回收的各个阶段， 为每个阶段创建一个块定义图（BDD）
➢明确与系统交互的外部元素及对应的交互关系
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
常见技术实现方式是根据设定好的模板，工具生成 对应的Word文档。
至此第一阶段任务完成
SysML汽车领域实践
需求分析
1. 描述系统与外界交互的接口 2. 生成系统级用例 3. 明确系统级操作的状态 4. 系统需求追踪性确认
SysML汽车领域实践
系统与外界交互接口描述
➢分析外部元素与系统交互时产生的数据与控制流 ➢使用内部块图（Internal Block Diagram）描述系统
SysML汽车领域实践
架构设计
1. 识别各个功能模块 2. 明确模块与系统状态的关系 3. 根据模块设计物理架构 4. 完成模块与物理设计之间的映射关系 5. 精化模块和架构 6. 度量评估系统架构
分析视角从黑盒向白盒的转换
SysML汽车领域实践
识别功能模块
➢将前面的operation即系统的操作分解精化为具体 功能模块 ➢用活动图描述功能之间的执行关系 Data flow Control flow
SysCARS方法
示范项目 不同产品线多个子系统进行了试验 发动机控制系统 电控系统 雨刮等辅助设备系统
人员培训 系统建模和软件建模的基础内容 SysCARS方法流程 跟项目实习
SysML汽车领域实践
SysCARS方法整体框架
涉众 需求 文档
系统 需求 文档
SysML汽车领域实践
系统 设计 文档
与外部交互的界面 ➢每个系统可能对应多个内部块图，以实现其与不
同环境交互的描述 ➢为方便理解与管理，可用多个内部块图描述系统
在同一环境下不同类别的界面，如机械界面、电 子界面、数据处理总线等
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
系统级用例
➢将前面的环境用例精化为系统用例，明确系统需 要实现的功能或服务 ➢沿用环境用例及顺序图作为初始的系统用例及顺 序图，然后根据预期功能进行扩展 ➢将系统用例中场景内部产生的交互定义为事件
SysML汽车领域实践
SysCARS方法：
SysML在汽车领域的应用实践
SysML汽车领域实践
内容提要
问题背景 SysCARS整体框架 SysCARS关键技术 评析
SysML汽车领域实践
问题背景
逐渐浮现的问题 ➢ 新型软硬件技术促使标准的更新换代加快 ➢ 复杂度日趋上升 ➢ 用户体验要求上升 ➢ 产品快速迭代
新型的汽车控制系统制造，面临定制化要求日益突 出，用户需求频繁变更，产品迭代与升级加速等一 系列问题。
SysML汽车领域实践
问题背景
从方法学角度而言，汽车控制系统的生产需要满足如 下要求：
1. 软硬件协同设计 2. 流程规范易懂 3. 开发方法能灵活适应变更 4. 生产与开发能满足定制化需求
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
SysCARS方法
工具环境搭建 ➢尽可能实现自动化的需求分析和设计环境，并能与 SysML本身相关工具无缝连接 ➢易用 ➢成本 ➢企业文化与习惯
当前主流的SysML建模工具，例如EA等，基本都是以XMI 为标准输出结构。 Artisan: Atego Rhapsody: IBM
Valeo工作流：Valeo自身开发流程，用profile定义
商业化工具为基础的工具环境：DOORS，Reqtify等
SysCARS (System Core Analysis for Robustness and Safety)
SysML汽车领域实践
SysCARS方法
整体思想
以Valeo自身工作流为基础，针对系统开发的不同 阶段，选取合适的分析图形和工具，最终完成系统设 计与开发。
SysML本身更侧重于语言和描述，而前述过程是Valeo 工作流驱动的。 SysML工具目前过于复杂而不利于普通工程师 自动化系统化引导工程人员
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
工作流驱动的开发过程
步骤控制与引导 图形的建立 文档的导出 支持预定义和自定义描述机制 版本控制和追踪 需求模型验证
问题背景
Valeo公司对问题的理解： 1. 开发流程需要完整的方法学指导 2. 方法学尽可能不与企业本身流程冲突 3. SysML过于追求通用化而导致过于庞大的图库 4. SysML本身缺乏特定的方法学 5. 生产与开发能满足定制化需求
SysML汽车领域实践
SysCARS方法
整体思想 SysML部分图形：选取对行业有直接作用的图
经典方法： 1. 审查 2. 建立追踪矩阵
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
追踪矩阵
Functional Use Case Requirement
UC-1
UC-2
FR-1
√
FR-2
√
FR-3
FR-4
FR-5
√
FR-6
UC-3
√ √ √
SysML汽车领域实践
UC-4
√
阶段性文档生成： 涉众需求描述文档（Stakeholders Needs Document， SND）
开发流程建立：System Development and Validation
Process
➢ 混合动力车等新一代车型需求驱动 ➢ 聘行业标准专家等组成流程设计队伍
SysML汽车领域实践
SysCARS方法
人员角色设定 ➢根据系统级建模的理论指导完成“人员—开发活动”之
间的映射关系 标准规范咨询专家 需求分析工程师 系统架构师 产品经理 测试人员
SysML汽车领域实践
SysCARS方法
SysML剪裁 DSL方案（Domain Specific Language 领域定制语言） 保留SysML的核心内容，以此为基础扩展工具 以SysML几个核心图形为基础，根据这些图的特点，开发 相应的工具来支撑SysML在Valeo公司内部的应用。
SysML汽车领域实践
定义涉众需求
1. 抽取涉众需求 2. 定义系统边界 3. 明确并描述环境用例 4. 明确操作模式 5. 建立涉众需求与操作用例的相关元素的追踪
SysML汽车领域实践
抽取涉众需求
➢抽取利益相关者设想的预期系统功能，而非功能实 现细节
➢ 注重任务级的性能需求抽取以支持后期的方案选择 ➢ 原始需求存于特定文档或数据库 ➢ 需求分类：用户相关、系统相关及组件相关
SysML汽车领域实践
示范性项目从 2012年开始， 2014年完成。
发动机和雨刷 控制等系统
SysC 开发流程建立 2. 人员角色设定 3. 工具环境搭建 4. SysML剪裁 5. 示范项目 6. 人员随项目训练
SysML汽车领域实践
SysCARS方法
组件需求文档（Component Needs Document，CND）
SysML汽车领域实践
工作流驱动的开发过程
SysML本身更侧重于语言和描述，而前述过程是Valeo 工作流驱动的。 SysML工具目前过于复杂而不利于普通工程师 自动化系统化引导工程人员
SysML汽车领域实践
工作流驱动的开发过程
环境用例：从用户角度看系统
➢环境用例图描述了系统预期提供的服务 ➢在块定义图的基础上对利益相关者的需求进行精 化 ➢询问块定义图中每一个actor，获取他们希望系统 提供的服务 ➢一个用例由一个外部事件触发，最终返回一个结 果给用户，可细分为一组场景（Scenarios），场景 可用顺序图表示。
SysML汽车领域实践
至此第一阶段任务完成sysml汽车领域实践系统需求追踪性确认sysml汽车领域实践分析外部元素与系统交互时产生的数据与控制流使用内部块图internalblockdiagram描述系统与外部交互的界面每个系统可能对应多个内部块图以实现其与不同环境交互的描述为方便理解与管理可用多个内部块图描述系统在同一环境下不同类别的界面如机械界面电子界面数据处理总线等sysml汽车领域实践sysml汽车领域实践将前面的环境用例精化为系统用例明确系统需要实现的功能或服务沿用环境用例及顺序图作为初始的系统用例及顺序图然后根据预期功能进行扩展将系统用例中场景内部产生的交互定义为事件sysml汽车领域实践sysml汽车领域实践利用状态机statemachine描述系统在系统场景中的预期行为该阶段生成的状态机不一定只是上一阶段中模式状态图的精化结果可能会有新的元素及结构系统级状态图的生成是一个迭代过程与系统用例的生成过程交替执行sysml汽车领域实践sysml汽车领域实践系统需求追踪确认两种追踪性链接隐性链接
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
版本同步和追踪
SysML汽车领域实践
需求模型验证
• 落实在“追踪”上
SysML汽车领域实践
需求模型验证
• 尝试用Simulink做仿真进行验证
SysML汽车领域实践
评述
涵盖了需求分析和系统建模的工程活动 系统化的方法 自动化工具支撑环境 可扩展性良好
SysML汽车领域实践
操作模式（Mode）
➢一个模式可视为系统所处的一个状态 ➢为环境用例中的场景建立模式状态图，包括所有 状态及状态间的转换关系 ➢模式状态图与用例图的创建过程息息相关且交错 进行
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
原始需求与用例的追踪
➢ 确保所有原始需求均被用例图覆盖 ➢ 将所有原始需求与用例联系起来 ➢ 在链接信息基础上进行可跟踪性分析
SysML汽车领域实践
系统需求追踪确认
➢两种追踪性链接
➢隐性链接：图内组件之间关联 ➢显性链接：不同层次之间关联
系统间异构元素之间关联
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
阶段性文档生成： 系统需求文档（System Requirements Document） 至此第二阶段任务完成
SysML汽车领域实践
SysML汽车领域实践
功能与架构内部模块的映射
➢用描述场景的方式描述模块间关系 活动图 状态图 顺序图 需要关注的是图形直接的关联
SysML汽车领域实践
追踪、度量与文档导出
➢同一类图形上下层之间关系 不同类别的图形之间的逻辑关联关系 矩阵等传统技术， Artisan工具
➢ 度量：涉及仿真等外部评估活动 ➢ 文档导出：系统设计文档（System Design Document, SDD）