中科院需求工程 需求工程(第八讲)基于领域建模的需求工程_
基于MBSE_的航空发动机数字化建设工作展望
442023年5月上 第09期 总第405期信息技术与应用China Science & Technology Overview1 现状为应对复杂多变的威胁环境，促进复杂系统设计和交付的转型，美国国防部系统工程司在2018年6月公布了数字工程战略计划，目的是为了实现3个转变：一是主要依托数据模型进行采办；二是利用高逼真度数字样机支撑装备设计、研制和作战试验，最大程度上减少实物样机研发试验的工作量和成本；三是利用数字装备模型支撑运用与保障。
在美军数字工程的牵引下，国外多家大型军工企业在产品全生命周期的业务上开展“基于模型的数字工程”应用，如洛克希德·马丁公司的“星驱”项目，打造了包括数字织锦、集成设计平台、数字孪生、数字样机等技术，使产品装配时间减少70%，初始质量提高95%；波音公司基于2CES 平台的构建打造未来数字工程体系，整合、简化企业的各个系统，减少系统之间大量的孤岛式点对点的连接和数据复制；空客公司构建面向数字工程的DDMS 数字化研制体系，降低成本，加快产品上市进程；罗·罗公司建设了“航空发动机健康管理”系统，实现对航空发动机进行远程维修或进行预防性维护；普惠商用航空发动机服务平台EngineWise 依托大数据，改善与客户的沟通，建立与客户之间更加透明、更加紧密联系的工作方式；GE 公司致力于打造“传感器+大数据”的工业互联网模式，帮助航空发动机监控团队捕捉更多的数据，使数据分析变得更精确、更快捷[1]。
国内企业也在数字工程建设方面取得了一定进展，在基于模型的系统工程（MBSE）方面，国内紧跟国外脚步，航空工业、航天科技、航天科工、中船、中国商飞的众多院所以及国防科大、清华、北航等高校，都开展了深入的研究和应用，对载人航天、运载火箭、商用飞机、大型舰艇等领域的发展产生了重要影响。
中国航发集团建立了中国航发运营管理系统（AEOS），初步构建了一整套覆盖产品全生命周期的业务流程和管理规范，已经初步形成IPT 团队组织模式，以需求为牵引的研制规划、基于产品数据中心的协同研发与管控，完成了基于文档的系统工程建设。
承担课题课题情情况
中国科学院管理、院管理、决决策与信息系信息系统统重点实验实验室室Key Laboratory of MAnagement, Decision and Information Systems, CAS承担课题课题情情况20020055年底在年底在研研项目：1. 国家自然科学基金项目2. 973 研究项目3．其他研究项目项目编号 项目名称 起止年月 负责人 研究群体 不确定性决策理论2003.01-2005.12 汪寿阳 70125001 决策理论2002.01-2005.12 汪寿阳 70218001 多属性决策框架及其在香港与内地招投标和拍卖中的应用研究2003.01-2005.12 汪寿阳 70131020 非线性和动态投入占用产出技术及其应用 2002.01-2005.12 陈锡康 70271003 不确定动态空间过程预测与风险建模研究 2003.01-2005.12 卢祖帝 60274021 随机可重组制造系统中的若干优化理论与算法2003.01-2005.12 刘克 10201032 非线性最优化的正则路径跟踪算法 2003.01-2005.12 赵云彬 60233010 软件的特征交互及互操作性的研究 2003.01-2006.12金芝 60496324 特定领域中的非规范知识处理金芝 60275016 基于机器感知信息的人工脑原理探索 2003.01-2005.12 于丹 60373012 基于λ3 和λ4 几何结构的互连算法2004.01-2006.12 胡晓东闫桂英10471141 运筹学在生物信息学若干问题上的应用2005，1-2007，12. 章祥荪 60474067 移动通信网容量估计、接纳控制、切换问题的随机建模和分析2005.1-2005.12 刘斌 60496320 非规范知识处理的关键技术研究2004.11-2008.10 陆汝钤 70425004 决策理论与技术 2005.01-2008.12 杨晓光 70328001 生产库存理论的研究和应用2004.01-2006.12 刘克 宋京生 70428001优化理论与技术2005.01-2007.12 刘斌 陈若管理科学与工程学科战略与优先资助领域遴选研究2004.12-2005.9汪寿阳 杨晓光项目编号 项目名称起止年月 负责人 2002CB312004基于知识的网构软件需求建模理论和方法研究2003.01-2007.12金芝委托单位 项目名称起止年月 负责人 科学院农办 全国主要农作物（粮、棉、油） 产量预测及粮食供求的动态研究2001.01-2005.12 陈锡康 水利部水利投入占用产出模型及其应用研究 2000.09-2005.12 陈锡康 全球可持续发展联盟Improving Sustainability in Heavy Polluting Sectors in China；a Regional Analysis in Shanxi and Liaoning Provinces2003.01-2005.12陈锡康中国科学院知识创新工程 预测技术及其若干重大经济与社会发展问题预测研究陈锡康20020044年底在年底在研研项目：1.汪寿阳，不确定性决策理论，国家自然科学基金项目，主持人2.汪寿阳，决策理论，国家自然科学基金项目，主持人3.汪寿阳，多属性决策框架及其在香港与内地招投标和拍卖中的应用研究，国家自然科学基金项目，主持人4.陈锡康，非线性和动态投入占用产出技术及其应用，国家自然科学基金项目，主持人5.顾基发，支持宏观经济决策综合集成方法与系统学研究，国家自然科学基金项目，主持人6.陈光亚，向量优化问题中的集值分析和应用，国家自然科学基金项目，主持人7.卢祖帝，不确定动态空间过程预测与风险建模研究，国家自然科学基金项目，主持人8.杨翠红，投入占用产出技术与水利投资的合理比例研究，国家自然科学基金项目，主持人9.方伟武，生物信息学中信息理论方法的研究与应用，国家自然科学基金项目，主持人 10.刘 克，随机可重组制造系统中的若干优化理论与算法，国家自然科学基金项目，主持人 11.赵云彬，非线性最优化的正则路径跟踪算法，国家自然科学基金项目，主持人 12.金 芝，软件的特征交互及互操作性的研究，国家自然科学基金项目，主持人 13.杨晓光，人民币汇率制度研究，国家自然科学基金项目，主持人14.于 丹，基于机器感知信息的人工脑原理探索，国家自然科学基金项目，主持人 15.胡晓东，闫桂英，基于 和 几何结构的互连算法，国家自然科学基金项目，主持人 16.金 芝，基于知识的网构软件需求建模理论和方法研究，973研究项目，主持人17.刘源张，构建我国综合运输体现的研究——运量与运能的预测与分析，中国工程院交通部委托，主持人 18.陈锡康，复杂性科学在我国宏观经济管理与决策中的应用研究，科技部委托，主持人19.陈锡康，全国主要农作物（粮、棉、油）产量预测及粮食供求的动态研究，科学院农办委托，主持人 20.陈锡康，水利投入占用产出模型及其应用研究，水利部委托，主持人 21.汪寿阳，中国对外贸易进出口预测研究，商务部委托，主持人 22.陈锡康，山西乡镇炼焦业研究，联合国工业发展组织委托，主持人23.陈锡康，Improving Sustainability in Heavy Polluting Sectors in China；a Regional Analysis in Shanxi and Liaoning Provinces，全球可持续发展联盟委托，主持人24.陆维明，Petri网在信息战争中的应用，院国防创新委托，主持人20020044年新批年新批项项目：中科院创新项目 社情预测模型 顾基发唐锡晋 墨西哥（MEXICO）国家科学技术基金 关于变分不等式的解 2005-2008赵云彬 中科院创新课题社情统计分析 顾基发 60274050 信息可重组制造系统2003-2005 刘克 70221001 创新群体2003-2005刘克 60496320非规范知识的基本理论和核心技术 陆汝钤 中英合作项目AM200511B03 离散事件系统的控制理论及其在工业中的应用陆维明 中科院重大方向项目 生物信息学2005，1-2007，12章祥荪 科学院重要方向性项目 生物信息学中的若干问题研究 闫桂英 外交部政策研究司 中国对外石油战略研究 周子康 国家软科学研究计划项目(编号:2004DGQ3B065) 国债风险评价与监控周子康1.陆汝钤，国家自然科学重大基金项目“非规范知识处理得关键技术研究”，经费：650万，项目编号：60496320, 2004.11-2008.102.杨晓光，国家自然科学杰出青年基金项目“决策理论与技术”，经费：70万，项目编号：70425004，2005.01-2008.123.刘克，宋京生，国家自然科学杰出青年基金B类项目“生产库存理论的研究和应用”，项目编号：70328001，经费：40万，2004.01-2006.124.刘斌，陈方若，国家自然科学杰出青年基金B类项目“优化理论与技术”，项目编号：70428001，经费：40万，2005.01-2007.125.顾基发，唐锡晋，中科院创新项目“社情预测模型”，经费：30万，项目编号：1563700，2004.09-2006.126.汪寿阳，杨晓光，国家自然科学基金主任基金项目“管理科学与工程学科战略与优先资助领域遴选研究”，2004.12-2005.97.刘斌，国家自然科学基金项目“移动通信网容量估计、接纳控制、切换问题的随机建模和分析”，项目编号：60474067，经费：7万，2005.01-2005.128.陈锡康，预测技术及其若干重大经济与社会发展问题预测研究，中国科学院知识创新工程重要方向项目20033年底在年底在研研项目：200（1） 汪寿阳, 决策理论, 国家杰出青年基金项目,主持人（2） 汪寿阳, 不确定性决策理论, 国家自然科学基金创新研究群体, 主持人（3） 陈锡康、杨翠红, 非线性和动态投入占用产出技术及其应用，国家自然科学基金重点项目，主持人（4） 汪寿阳，多属性决策矿家及其在香港与内地招投标和拍卖中的应用研究，国家自然科学基金与香港资助局联合项目，主持人（5） 杨晓光，金融系统的复杂性，国家自然科学基金面上项目，主持人（6） 陈光亚，向量优化问题中的集值分析和应用，国家自然科学基金面上项目，主持人（7） 卢祖帝，基于分位回归不确定动态空间过程预测与风险建模研究，国家自然科学基金面上项目，主持人（8） 杨翠红，投入占用产出技术与水利投资的合理比例研究，国家自然科学基金青年项目，主持人（9） 汪寿阳，中国科学院“百人计划”（10） 陈锡康，复杂性科学在我国宏观经济管理与决策中的应用研究，科技部委托，主持人（11） 陈锡康，全国主要农作物（粮、棉、油）产量预测及粮食供求的动态研究，科学院农办委托，主持人（12） 陈锡康、杨翠红，水利投入占用产出模型及其应用研究，水利部委托，主持人（13） 汪寿阳、徐山鹰、杨晓光，中国对外贸易进出口预测研究，商务部，主持人（14） 徐山鹰，科学基金网络信息系统，爱瑞思软件公司委托，主持人（15） 陈锡康、杨翠红，山西乡镇炼焦业研究，中国数量经济学会委托，主持人（16） 胡晓东，信息技术与高性能软件--信息科学与技术中的优化方法，973子项目，主持人之一（17） 方伟武，优化及信息理论中的机械化算法，973子项目，主持人之一（18） 张汉勤，管理与运筹科学中随机模型的一些问题研究，国家自然科学基金杰出青年基金项目，主持人（19） 戴建岗，张汉勤，随机分析，国家杰出青年基金项目（海外杰出），主持人（20） 赵修利，章祥荪，运筹与管理，国家杰出青年基金项目（海外杰出），主持人（21） 方伟武，生物信息学中信息理论方法的研究与应用，国家自然科学基金重大项目，主持人（22） 刘克、刘建庸，随机可重组制造系统中的若干优化理论与算法，国家自然科学基金面上项目，主持人（23） 闫桂英，信息科学与技术中的网络理论研究，国家自然科学基金青年项目，主持人（24） 赵云彬，非线性最优化的正则路径跟踪算法，国家自然科学基金青年项目，主持人（25） 张汉勤，中国科学院“百人计划”（27） 周子康，国债风险评价与监控，财政部委托，主持人（28） 周子康，国债适度规模的定量分析，财政部委托，主持人（29） 周子康，国家重点企业综合实力评价，财政部委托，主持人（30） 陆维明，信息技术中的应用理论与高性能软件，973子项，主持人之一（31） 金芝、陆汝钤，基于知识的网构软件需求建模理论和方法研究，973子项，主持人（32） 金芝，基于领域建模的需求工程，973子项，主持人（33） 陆维明，Petri网中实用算法的研究，国家自然科学基金面上项目，主持人（34） 金芝，软件的特征交互及互操作性的研究，国家自然科学基金联合资助基金，主持人之一（35） 陆维明，Petri网在信息战争中的应用，科学院军工委托，主持人年新批项项目：年新批2003年新批20031. 汪寿阳, 不确定性决策理论, 国家自然科学基金创新研究群体, 主持人2. 汪寿阳，多属性决策矿家及其在香港与内地招投标和拍卖中的应用研究，国家自然科学基金与香港资助局联合项目，主持人3. 金芝、陆汝钤，基于知识的网构软件需求建模理论和方法研究，973子项，主持人4. 金芝，软件的特征交互及互操作性的研究，国家自然科学基金联合资助基金，主持人之一5. 赵修利，章祥荪，运筹与管理，国家杰出青年基金项目（海外杰出），主持人6. 刘克、刘建庸，随机可重组制造系统中的若干优化理论与算法，国家自然科学基金面上项目，主持人7. 赵云彬，非线性最优化的正则路径跟踪算法，国家自然科学基金青年项目，主持人8. 卢祖帝，基于分位回归不确定动态空间过程预测与风险建模研究，国家自然科学基金面上项目，主持人年底在研研项目：20020022年底在（1） 顾基发等，国家自然科学基金重大项目“支持宏观经济决策的人机结合集成体系研究”，主持人之一。
软件需求工程选择题
软件需求工程选择题1. 软件生命周期包括哪些阶段？AA. 需求、设计、编码、单元测试、接收测试和维护阶段。
B. 设计、编码、单元测试、接收测试和维护阶段。
C. 需求、设计、编码、单元测试和接收测试阶段。
D. 需求、设计和编码阶段。
2. 好的软件需求具有哪些特性？A A. 一致性和全面性。
B. 易读性和充分性。
C.充分性。
D.易读性。
3. RUP的十大要素是：开发一个前景、达成计划、标识和减小风险、分配和跟踪任务、检查商业理由、设计组件构架、对产品进行增量式的构建和测试、验证和评价结果、_________和_________。
AA. 管理和控制变化及提供用户支持。
B. 迭代的开发和提供用户支持。
C. 迭代的开发和管理和控制变化。
D. 建立模版和迭代的开发。
4.下列哪个不是RUP的核心工作流？C A. 业务建模B. 分析和设计C. 用户需求了解。
D. 需求5. RAD的缺点不包括___D______。
A. 如果用户不能持续地参与整个生命周期中，最终产品会受到负面影响。
B. 要求系统能适当模块化，如果没有可重用的组件，它的效率就会下降。
C. 盲目应用时，会缺乏成本概念和项目完成的时间限制。
项目有永远不能完结的风险。
D. 工作重点从文档转为构建，所见即所得。
6. 螺旋模型的优点不包括____C______。
A. 能够及时找到项目存在的风险，避免因为克服不了的困难而造成大的损失。
B. 使用户能够尽早将信息经常反馈给开发人员，保证了产品的正确性和高质量。
C. 大量的中间阶段会产生额外的内外部文档。
D. 可以方便地评估和验证每次迭代的成果；实现从开发到维护的无缝连接。
7. 迭代方法中的常见问题不包括___B________。
A. 过分详细的规划B. 项目收敛C. 回避棘手问题D. 不同的小组按自己的进度进行工作8. 用户故事的书写遵循一定的原则，其中不包括___C_____。
A. 作为（系统的一个涉众）B. 我想要（做一件事）C. 是什么（用户的需求是什么）D. 从而（达到一个商业价值）9. 指出RUP的核心工作流不包括__D______。
需求工程思考题
第三章1.除了需求开发的四个活动和需求管理活动之外，需求工程当中还有没有需要执行的活动？如果有的话，它们是哪些活动？给出你的理由。
答：过程管理活动和项目管理活动。
过程管理活动是跟踪项目开发过程，记录项目开发过程当中所遇到的问题或者教训项目管理活动是管理项目开发的一系列问题与进度，管理人员配置，以达到最该效益。
2.需求开发过程具有迭代特性，但是不是所有项目的需求开发过程都必须是迭代完成的？如果不是，请给出举例和理由。
答：不是，一般对于业务领域不熟悉的项目，需求是具有迭代性的，需要对业务领域的认知，有一个从认识到知识重构的过程。
对于某些固定需求且熟悉的项目，就不需要迭代开发需求获取——>需求分析——>需求规格说明——>需求验证。
当然并不是所有项目的需求开发过程是迭代完成的，当某一项目开发过程中，用户需求非常简单，开发人员已经相当明确用户需求，这时，就不需要返回到需求获取阶段以继续用户需求的获取，这样，也就不需要迭代完成。
3.需求开发的迭代特性与软件开发过程的迭代式开发有什么关系？它们之间会互相影响吗？如果会，那么有哪些影响？答：需求开发的迭代特性只是软件开发过程的迭代式开发的一个子过程，软件开发过程是一个相当庞大的工程，需要在软件开发过程的各个阶段都需要进行开发工作的迭代，当然也包括需求开发中的迭代。
它们之间互相影响。
如果需求开发中的迭代不能很好地完成需求分析任务，就必将影响到软件开发过程的其他迭代阶段的进行。
4.需求工程细节知识的实践性对不同项目的需求开发过程的差异性有没有影响？如果有，请说明影响是什么。
如果没有，请说明是哪些因素产生了不同项目的需求开发过程的差异性。
答：没有影响。
其实是需求开发过程的差异性一定程度上导致了细节知识的实践性。
现实世界问题的复杂性和差异性主要导致了需求开发过程的差异性。
第四章3.在各种关于软件的调研中，无一例外地发现“缺乏用户参与”是导致软件失败的最大原因，试说明有哪些原因会使得用户参与不足？应该怎样解决？答：（1）用户数量太多，选择困难；（2）用户认识不足，不愿参与；（3）用户情绪抵制，消极参与；（4）没有明确的用户；解决：要求开发者在进行需求获取时，能够对系统的用户以及用户的替代源等相关涉众进行分析，了解他们的特征、类别、任务、取向等，并在需求获取中采取对策避免用户参与不足现象的发生。
SRE复习提纲
lecture 011、需求工程：需求工程的定义需求工程的重要性2、需求工程师的任务3、需求、领域性质、规约描述4、需求的3个层次4、软件生命周期中的需求活动lecture 021、需求工程的4个过程、需求工程过程的5个阶段（包括什么，主要任务）2、Advantages of SRE3、可行性研究：可行性研究的目的可行性研究的对象可行性研究包括哪些方面：操作可行性、技术可行性时间可行性、经济可行性4、风险管理：什么是风险管理风险管理包括：风险评价、风险控制、风险避免十大风险及其应对策略lecture 031、需求开发过程（14步，理解）2、需求获取和分析的指导方针3、用户的职责和需求工程师的职责4、前景文档什么是前景文档，它的作用？主要包括哪些内容？5、典型的需求来源主要有哪些？6、用户类为什么要划分用户类？产品代表者7、不同问题的决策8、stakeholderslecture 041、对需求分类：（9类，能简要描述，能区分）2、需求获取技术都有哪些？能简要描述3、对当前工作建模的好处，为什么要学习当前工作？4、面谈问题的类型（开放式和封闭式）面谈的优缺点调查问卷群体面谈和一对一面谈相比，优缺点5、原型原型的类型和使用方法原型的最大风险，如何规避6、U se Case好处和陷阱7、建议和注意事项：范围、What vs. How、参与者: more vs. lessFinished?lecture 051、需求分析的根本任务：建立分析模型、创建解决方案2、R oot Cause Analysis：好处，常用方法3、需求优先级为什么要设置需求优先级设定优先级的方法（常用3种）4、功能需求和非功能需求什么是功能需求和非功能需求，能够区别非功能需求是否不如功能需求重要？非功能性需求的分类，包括哪些？5、需求分析的方法：传统分析、结构化分析、信息工程、面向对象6、需求分析活动：问题分析、确定系统边界、需求建模、需求细化、确定需求优先级、需求协商7、D FD：层次结构的建立8、微规格说明：结构化英语、行为图、决策树9、面向对象建模：UML交互图、活动图10、状态转换图：有限状态机，状态图、对话图lecture 061、编写需求规格说明常用的3种方法2、标识需求的方法3、什么是TBD？4、编写需求文档时的建议，问题实例分析5、质量属性：定义质量属性，常见质量属性及其需求描述质量属性的平衡取舍lecture 071、为什么要进行需求验证2、需求验证的任务3、需求评审类型，优缺点审查的过程需求审查清单审查中的困难和解决方法4、测试需求：使用测试用例验证需求lecture 081、需求管理的主要活动有哪些（4类）2、怎样进行版本控制3、变更控制怎样控制项目范围扩展变更控制的过程CCB4、需求跟踪联系链，跟踪能力矩阵。
需求工程期末复习
第一章:需求工程导论1.需求工程定义：是所有需求处理活动的和,它收集信息、分析问题、整合观点、记录需求并验证其正确性，最终反映软件被应用后与其环境互动形成的期望效应.2.需求工程的基本活动：1）需求开发:需求获取,需求分析，需求规格说明，需求验证2）需求管理3.1）需求获取的目的是从项目的战略规划开始建立最初的原始需求；2）需求分析的目的是保证需求的完整性和一致性;3）需求规格说明的目的是将完整、一致的需求与能够满足需求的软件行为以文档的方式明确地固定下来;4）需求验证的首要目的是保证需求及其文档的正确性,即需求正确的反映了用户的真实意图；另一个目标是通过检查和修正,保证需求及其文档的完整性和一致性；5）需求管理的主要工作是跟踪后继阶段中的需求实现与需求变更情况,确定需求得到了正确的理解并被正确的是想到了软件产品中。
4.软件需求规格说明定义：软件需求开发用来确定系统需求中应该由软件满足的部分，将其映射为软件行为,产生软件需求规格说明。
第二章:需求基础5.软件系统能够与问题域进行交互和相互影响的原因在于,软件系统中的某些部分对问题域中的某些部分具有模拟特性.6.需求分类:1）功能需求：业务需求，用户需求，系统需求2）性能需求3）质量属性4）对外接口5）约束第三章：（不考）第四章：需求获取概述7.需求工程需要获取的内容主要有三种：1）需求2）问题域描述3）环境与约束8.需求获取信息的主要来源：1）涉众2）硬数据3）相关产品4）重要文档5）相关技术标准和法规9.获取信息的方法：1）传统方法：问卷调查，面谈，文档分析,文档检查,需求剥离2）集体获取方法：头脑风暴，专题讨论会，JAD，JRP3）原型4）模型驱动方法：基于场景，基于用例5）认知方法：任务分析,协议分析6）基于上下文的方法：观察，民族志，话语分析10.常见的组织方式是依照系统特性,确定系统的边界，建立上下文图或系统用例图，然后按照遍历上下文图和系统用例图的方式开展获取活动.第五章：确定项目的前景和范围11.前景：描述了产品的作用以及最终的功能,它将所有涉众都统一到一个方向上。
基于模型的系统工程(mbse)方法论综述_概述说明
基于模型的系统工程(mbse)方法论综述概述说明1. 引言1.1 概述引言部分主要旨在介绍本篇长文的主题——基于模型的系统工程（MBSE）方法论，并概述文章的结构和目的。
MBSE是一种系统工程方法论，通过建立和使用模型来描述、分析、设计和验证系统，以提高系统开发过程中的效率和质量。
1.2 文章结构本文将按照以下结构展开对MBSE方法论的综述。
首先，我们将对系统工程和模型驱动工程进行简介，为读者提供一定背景知识。
接着，我们将详细探讨MBSE 方法论的定义与特点。
随后，我们将重点关注MBSE方法论中的三个关键要点：模型建立与表示、模型验证与验证以及模型驱动设计与开发。
最后，在应用层面上，我们将通过案例分析来展示MBSE方法论在不同行业领域中的应用情况。
最后一部分是结论与展望，在此部分我们将总结文章中阐述的观点和发现，并对MBSE方法论未来发展进行展望。
1.3 目的本文旨在全面回顾和概述基于模型的系统工程（MBSE）方法论，并探索其在实践中存在的关键要点和挑战。
同时，本文也将通过应用案例分析，展示MBSE 方法论在不同行业领域中的应用情况。
通过阅读本文，读者可以深入了解MBSE方法论的定义、特点以及其对系统工程过程的价值和影响。
最后，我们希望能为读者提供对MBSE方法论发展趋势的展望，引发更多关于此领域未来可能性的思考。
2. 基于模型的系统工程方法论概述2.1 系统工程简介系统工程是一门综合性学科，它解决了复杂系统设计和开发过程中遇到的各种问题。
它通过从整体上考虑、分析和优化系统的需求、功能、结构和性能，以及在整个生命周期中管理系统各个方面的交互作用，实现了有效的系统集成与开发。
2.2 模型驱动工程概念模型驱动工程（Model-Driven Engineering, MDE）是一种软件开发方法，其核心理念是将模型作为软件开发过程中的主要产物和交流媒介。
MDE通过建立抽象、可执行的模型来描述系统需求、设计和实现，并通过自动化转换或代码生成来实现软件开发生命周期中的各个阶段。
需求工程
需求工程任务
需求工程为以下工作提供了良好的机制： 理解客户需要什么，分析要求，评估可行 性，协商合理的方案，无歧义地详细说明 方案，确认规格说明，管理需求以至将这 些需求转化为可运行系统。需求工程过程 通过执行七个不同的活动来完成：起始、 导出、精化、协商、规格说明、确认和管 理。
起始
通常都是当确定了商业要求或发现了潜在 的新市场、新服务时项目才开始。业务领 域的共利益者定义业务用例，确定市场的 宽度和深度，进行粗略的可行性分析，并 确定项目范围的工作说明。 在项目起始阶段，软件工程师会询问一些 似乎与项目无直接关系的问题。目的是对 问题、方案需求方、期望方案的本质、客 户和开发人员之间初步的交流和合作的效 果建立基本的谅解。
首次提问
最后一组问题关注于沟通活动本身的效率。
你是回答这些问题的合适人选吗？你的回答 是“正式的”吗？ 我的提问和你想解决的问题相关吗？ 我的问题是否太多了？ 还有其他人员可以提供更多的信息吗？ 还有我应该问的其他问题吗？
首次提问
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
这些问题将有助于“打破坚冰”，并有助 于交流的开始，而且这样的交流对需求导 出的成功至关重要。但是，会议形式的问 与答并非一定是会取得成功的好方法。事 实上，Q&A会议应该仅仅用于首次接触， 然后就应该用需求诱导形式（包括问题求 解、协商和规格说明）取代。
可用的跟踪表
特征跟踪表：显示需求与重要的、客户可 见的系统/产品特征的关系。 来源跟踪表：标识每个需求的来源。 依赖跟踪表：指明需求之间是如何相互关 联的。 子系统跟踪表：按照需求所控制的子系统 对需求分类。 接口跟踪表：显示需求与内部和外部系统 接口的关系。
需求工程培训课件
。
04
需求工程实践与案例分析
需求工程实践方法
需求调研
通过访谈、问卷、观察等方式收集用户 需求和业务需求，了解现状和问题。
需求规格编写
编写详细的需求规格说明书，包括功能 需求、性能需求、接口需求、数据需求 等。
需求分析
对收集到的需求进行分析，将用户需求 转化为系统需求，确定系统的功能、性 能、安全等要求。
详细描述：当一个项目缺乏有效的需求 管理机制时。开发团队可能无法有效地 跟踪、管理、控制和沟通需求
1. 建立完善的需求管理流程，以确保所 有需求得到跟踪、评估、优先级排序和 变更管理。
06
需求工程发展趋势与展望
需求工程的发展趋势
多元化发展
需求工程正朝着多元化、个性化的方向发展，以满足不同 领域、不同场景的需求。
需求规格编写
需求验证
编写详细的需求规格说明书，确定系统功能 的具体实现方式、输入输出要求、界面设计 要求等。
通过原型或测试用例等方式验证需求的正确 性和完整性，确保系统能够满足用户需求。
需求工程实践案例二：网上购物系统
需求调研
收集购物网站用户的购物习惯、支付方式、物流 需求等信息，了解用户对于购物系统的期望和需 求。
需求工程实践案例三：医院管理系统
需求调研
需求分析
需求规格编写
需求验证
收集医院工作人员的医疗流程、 药品管理、病历管理等信息，了 解医院对于管理系统的期望和需 求。
确定系统需实现的功能包括挂号 、问诊、开药、收费、病历管理 等，分析系统的性能要求、安全 要求和数据要求。
编写详细的需求规格说明书，确 定系统功能的具体实现方式、输 入输出要求、界面设计要求等。
提高软件质量
需求工程
5
系统功能描述为：用户输入用户名和密码，
系统在用户信息中核对，如果正确，则登陆
成功；如果不正确，则提示登陆失败，不能 进入系统。
6
借书功能如何描述？
用户功能描述：读者将借书证和要借的书给管理员，
管理员扫描借书证和书的条码，验证是否可借，如果
允许借出，则借书成功，读者借到书，否则，借书失
败。
7
系统功能描述：管理员输入读者号以及书号 ，系统根据读者信息中验证此读 者是否可借 书，在图书信息中验证此书是否可以被借， 如果验证成功，则生成一条借书记录，借书 成功；否则借书不成功。
11
二、需求分析过程
通过与用户交流获取真正需求(problem recognition) 评估和分析(evaluation and synthesis) 建模(modeling) 写出需求规格说明文档(specification) 复查(review)
12
3.1需求分析(requirement anaysis)
3、关系：数据对象之间相互连接的方式。
一对一（1：1） 一对多（1：N) 多对多（M:N)
31
E-R图形表示
⑴ Entities ⑵ Relations
1 1
Student , Instructor 例：
,
3.4实体关系图
Class
例：
1
Enrolled in
Teach
N
MN⑶ Attri源自utes370层DFD
3.5数据流图 存款/取 款单 存款/取款 信息
储户
储蓄系统
储户
存款成 功信息
p4
帐号信息 及存款额 存款/取 p1 款单 接收并分类
1层DFD
基于模型的系统工程(MBSE)解决方案探讨
1009-0940(2020)-2-34-36基于模型的系统工程（MBSE）解决方案探讨刘红皊 江西洪都航空工业集团有限责任公司 南昌市 330024摘 要：系统工程是一种逻辑思维的方法，它面向系统全生命周期，其关键在于需求分析、功能分析和架构设计，最终提供利益相关者满意的产品。
基于模型的系统工程以模型为中心，为提升研制管理工作的效率奠定了基础，能够在一定程度上缩短工程周期和降低成本。
关键词：MBSE 需求工程 DOORS Rhapsody 解决方案0 引言系统工程作为一种研制管理方法，自20世纪60年代以来就常用在国外航天和国防领域。
构建系统模型是系统工程的核心，传统的系统工程，是基于各种文本文档进行系统架构模型构建的，模型构建过程中的方案设计和概念开发都是依靠文件进行的。
在需求规格、接口控制文件、产品规范等的撰写过程中，开发人员需要耗费大量的时间和精力。
并且由于文件中存在隐含的需求，在判识和传递上很难确保一致，加大了需求变更所造成的影响以及覆盖分析的难度。
而且在系统的早期阶段，一旦疏忽逻辑设计及系统需求的确认和验证，那么后续的需求变更会导致巨大的影响，同时工程的开发周期和成本也会大大增加。
M B S E使用系统建模语言（S y s M L）构建系统架构模型。
通过以建模语言表达的系统静态视图代替大量文档，包括参数、架构和接口，以及系统的动态行为。
SysML作为系统工程的标准建模语言，具有图形化且易于计算机处理的优势，在运用于复杂系统的分析、设计和验证时，不仅能够提高系统的质量，还能有效提升系统工程信息在工具之间交换方面的能力，同时能减少系统或软件与其它工程学科间的语义差异。
近几年，M B S E方法已经成为系统工程界研究与应用的热点。
其作为一种新的范式，被美国航空航天局、欧空局等政府组织、IBM等软件和方案提供商积极在项目中加以应用和研究。
相比基于文档的系统工程（TSE），MBSE的优势主要体现在以下几点：（1）知识表示的无二义性；（2）一体化的系统设计；（3）系统内容的可重用性；（4）提高沟通交流的效率；（5）增强知识的获取和再利用；（6）通过模型可对系统进行多角度分析，支持早期进行系统验证和确认，可降低风险，减少设计更改带来的时间周期和费用等。
(完整版)软件工程课后习题答案
第一章1.1什么是计算机软件？软件的特点是什么？计算机软件是指计算机系统中的程序及其文档软件的特点：●软件是一种逻辑实体，而不是有形的系统元件，其开发成本和进度难以准确地估算。
●软件是被开发的或被设计的，没有明显的制造过程，一旦开发成功，只需复制即可，但其维护的工作量大。
●软件的使用没有硬件那样的机械磨损和老化问题。
1.2简述软件的分类，并举例说明1.系统软件系统软件居于计算机系统中最接近硬件的一层，其他软件一般都通过系统软件发挥作用。
例如：编译软件、操作系统。
2.支撑软件支撑软件是支撑软件的开发和维护的软件。
例如：数据库管理系统、网络软件、软件工具、软件开发环境。
3.应用软件应用软件是特定应用领域专用的软件。
例如：工程/科学计算机软件、嵌入式软件、产品线软件、Web应用软件、人工智能软件。
1.3简述软件语言的分类，并举例说明。
1.需求定义语言是用于书写软件需求定义的语言。
例如：PSL/PSA。
2.功能性语言是用于书写软件功能规约的语言，通常又称为功能规约语言。
例如：广谱语言、Z 语言。
3.设计性语言是用于书写软件设计规约的语言。
例如：PDL。
4.实现性语言也称为程序设计语言，是用于书写计算机程序的语言。
例如：C、java、PROLOG、FORTRAN、COBOL、Modula。
5.文档语言是用于书写软件文档的语言。
通常用自然语言或半形式化语言书写。
1.4什么是软件工程？软件工程是应用计算机科学、数学及管理科学等原理，开发软件的工程。
软件工程借鉴传统工程的原则、方法，以提高质量、降低成本为目的。
1.5简述软件工程的基本原则。
软件工程原则包括围绕工程设计、工程支持和工程管理所提出的以下4条基本原则。
1.选取适宜的开发模型必须认识需求定义的易变性，采用适宜的开发模型，保证软件产品满足用户的要求。
2.采用合适的设计方法合适的设计方法有助于这些特征的实现，以达到软件工程的目标。
3.提供高质量的工程支撑软件工程项目的质量与开销直接取决于对软件工程所提供的支撑质量和效用。
软件工程课件 08系统模型
状态图（ Statecharts）是UML的一个组成部分。
16
状态机（Statecharts）
允许把一个状态机模型分解为子模型（参见下 页）。
在每个状态的“DO” 符号之下，包含有对一个 行动的简单描述。
数据流程图也可用于表示一个系统与其环境中 的其它系统进行的数据交换。
14
Insulin pump DFD 胰岛素泵的数据流程图
15
状态机模型 (State e models)
这些模型对来自于系统外部和内部的事件的系统响应 行为进行建模。
它们表示系统对激励的反应，所以常被用于实时系统 建模。
系统建模帮助分析员了解系统的功能，同时模型 被用于与客户进行交流。
不同的模型用不同的观点（ perspectives ）表示 系统 外部观点反映系统的上下文和环境； 行为观点反映系统的行为； 结构观点反映系统或数据的体系结构。
5
模型种类（Model types）
数据处理模型(Data processing model)表示在不同的阶段 数据是如何处理的。
合成模型（Composition model）表示实体是如何由其它实 体组成的。
体系结构模型（Architectural model）把主要的子系统显示 出来。
类模型（Classification model）说明实体的具有的共同特 征。
激励/响应模型（Stimulus/response model）表明系统对事 件的反应。
可以用描述状态和激励的表格进行补充。
17
微波炉模型 （Microwave oven model）
需求工程
一1.软件危机指的是在计算机软件的开发和维护过程中所遇到的一系列严重问题12）用户对已完成的系统常常不满意；3）软件的质量不可靠；4）软件的可维护程度较低；5）软件常常没有适当的文档资料；6）软件的成本不断提高；7）软件开发生产的效率较低；3.需求开发包括：需求获取、需求分析、需求规格说明和需求验证4个部分；需求获取：目的从项目的张罗规划开始建立最初的原始需求。
需求分析：目的保证需求的完整性和一致性；需求规格说明：目的将完整、一致的需求与能够满足需求的软件行为以文档的方式明确地固定下来；需求验证：目的保证需求及其文档的正确性，即需求真实地反映了用户的真实意图；以及通过检查和修正保证需求及其文档的完整性和一致性；4.软件的模拟特性：软件在运行中表现出来的特性、行为应该和应用的实际情况保持一致。
5.需求工程与系统工程的关系传统的需求处理是软件工程的需求阶段；但系统化的需求工程将软件需求开发和系统需求开发结合起来，在系统工程的开始阶段起到了重要的作用。
需求工程处于系统的起始阶段，包括系统需求开发和软件需求开发两个部分。
6.需求工程的重要性软件开发是利用通用的计算机结构，构建一个有用的软件系统，来满足人们的某些目的，定义问题就是需求工程的任务。
开发软件系统最为困难的部分就是准确说明开发什么。
最为困难的概念性工作便是编写出详细技术需求。
⏹容易忽略需求工程重要性的地方❑问题广为人知问题小而简单第二章1.需求的定义：（1）用户为了解决问题或达到某些目标所需要的条件或能力；（2）系统或系统部件为了满足合同、标准、规范或其它正式文档所规定的要求而需要具备的条件或能力；（3）对（1）或（2）中的一个条件或一种能力的一种文档化表述。
2.需求的分类⏹功能需求：和系统主要工作相关的需求。
功能需求主要表现为系统和环境之间的行为交互。
业务需求：是系统建立的战略出发点，表现为高层次的目标，描述了组织为什么要开发系统。
用户需求：执行实际工作的用户对系统所能完成的具体任务的期望，描述了系统能够帮助用户做些什么。
需求工程导论
需求⼯程导论1.软件开发中碰到的需求问题的现象是什么答：（1）⽤户参与度不够。
（2）⾼层管理⽀持⼒度不够。
（3）没有清晰的需求说明。
（4）没有清晰的⽬标和前景。
（5）期望不切合实际。
（6）需求变化影响。
（7）增加了⽆⽤的额外功能。
2.在需求处理当中要注意哪些⾮技术性因素，为什么答：（1）需求处理的任务：需求处理的任务主要是发现问题并解决问题。
现实是问题的发⽣地，软件系统是⼈们应对问题的⼿段。
但是单纯的软件系统是不能解决问题的。
它只有和现实之间形成⼀种有效的互动才能解决问题。
（2）需求处理的⼿段：建模与分析技术是进⾏需求处理的主要⼿段，这些技术本⾝都是概念性的，不依赖于某些特殊的应⽤环境条件。
可以被⼴泛的应⽤于各种应⽤场景。
（3）需求处理的过程：试图单纯的通过技术的应⽤建⽴⼀个⼀致完整的需求模型是不太可能的。
因为在现实中，因涉众的不同⽴场⽽产⽣的利益冲突的场景⾮常常见。
这些冲突是根本⽆法通过技术⼿段所能解决的。
3.解释需求分析与需求⼯程之间的联系答：“需求⼯程”就是利⽤⼯程化的⼿段进⾏需求处理，以保证需求处理的正确进⾏，⽽“需求分析”是需求处理中的核⼼活动，他⽤⼀些形式化或半形式化的语⾔进⾏知识的分析，但是建⽴需求⼯程还离不开需求分析。
4.解释软件⼯程与系统⼯程之间的联系，这种联系对需求⼯程的⼯作有何影响答：（1）系统⼯程通常是指计算机引⼊某⼀现实系统，并⽤他来改变现实系统的运作⽅式，达到⼀个理想效果的过程。
⽽且系统⼯程中除了含有处理系统的软件⼯程之外，还包括硬件⼯程和⼈⼒⼯程。
因此，在系统⼯程中，虽然应该重点关注软件⼯程部分的内容，但并不能完全以软件为中⼼来看待和处理整个系统。
（2）影响：系统需求开发的主要⽬的是获得整个系统的期望⽬标，包含功能特性和⾮功能特性。
因此需要判定系统的涉众，采集他们的⽬标与要求研究系统的环境确定系统的要求，并进⾏⼀些整体性的分析。
5.需求⼯程包括哪些活动软件开发活动当中为什么要重视需求⼯程答：需求⼯程包括（1）需求开发（2）需求管理。
需求工程课后重点答案解析
1获取需求活动的展开只要保证项I I范伍.可以有需求遗漏。
＜P68 应该为不允许需求遗漏〉错心2涉众是指所有能够影响软件系统的实现或者是会被实现后的软件系统所影响的个人和团体是固定不变的。
CP93 P95应该为不是固定不变的）错“3面对面的会见被认为是最貝丰富内容的交淤方式.是实践中应用最为广泛的需求获取的方法之一。
P113对卍4原型是一个系统.它内化了一个更迟的本质特征•原型系统通常被构造为完整的系统口倒数第八行应该为不完整的系统）错亠1.需求分析与系统设计之间的界限是什么？何时从分析阶段进入设计阶段？需求分析关注系统“做什么”，系统设计关注“如何做”。
当分析阶段完成后才能进入到设计阶段2.需求处理要注意哪些非技术因素？为什么？要注意的非技术因素：组织机构文化、社会背景、商业目标、利益协商等。
二________________________因为利用建模与分析技术构建的解决方案一定要和具体的应用环境相关，不存在不依赖具体应用环境的解决方案，因此，在利用建模分析技术进行要求处理是不能忽视具体应用环境的相关因素3.需求分析与需求工程之间的关系那就是需求工程含义更广，包括需求获取、需求分析、需求定义第二章：1.解释名词：问题域，解系统和共享现象，并结合他们的含义说明软件系统如何与现实世界形成互动的问题域：现实的状况与人们期望的状况产生差异就产生问题。
解系统：软件系统通过影响问题域，能够帮助人们解决问题称为解系统通过共存现象仅仅是问题域和姐系统的一个部分。
而不是他们的全部。
软件系统仅仅是现实世界的一种抽象。
所以问题除了共享现象之外。
还有很多在进行模型抽象时忽略的其他现实因素。
2.解释下列名词，需求，规格说明，问题域特性和约束，并结合他们的含义说明需求工程的主要任务是什么？需求是用户对问题域中的实体状态或事件的期望描述规格说明：规格说明是解系统为满足用户需求而提供的解决方案，规定了解系统的行为特征。
问题域的特性：在和解系统相互影响的同时，问题域是自治的，它有自己的运行规律，而且这些规律不会因解系统的引入而发生改变，这种自治的规律性称为问题域特性，当这些特性非常明确时称之为约束。
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通过重用 实现需求 理解
f
int
sO f
需求模型
定义二级 关联，实 现需求自 动建模
方法案例 针对企业信息系统的实践
企业本体：概念和外延关联
企业本体：概念和外延关联
Association subOrganization goal subActivity resource member position filled-by trigger effect operate-on process Formulation Organization → Organization Organization → Goal Activity → Goal Activity → Activity Organization → Resource Organization → Agent Agent → Position Position → Agent Activity → Event Event → Activity Activity → Resource Position → Activity
基于知识的需求工程
• 广义地说
– 采用基于知识的方法，对需求工程过程中的各 种任务进行支持 – 知识可以是领域知识，也可以是需求工程知识 – 目的是支持整个需求工程过程
• 窄义地说
– 专门针对特定领域知识和现实世界问题的知识 – 目的是支持与领域用户的沟通，帮助需求的抽 取、建模和分析
Analysis
• 发展和展望
概述
• 什么是计算机辅助需求工程 • 基于知识的需求工程 • 软件需求工程知识体
计算机辅助需求工程
• 类比于软件工程 • 提升手工作坊式工作方式的手段
– 一组有用的工具 – 有效使用工具的组织层次 – 了解如何有效使用工具的人
• 计算机辅助软件（需求）工程
– 提供满足需要的工具集 – 将手工活动自动化 – 提升工程师对问题的认识
本体论（起源和含义）
• 十七世纪提出，解决二义性问题，十八世纪广泛采用 • 二十世纪，成为分析哲学中研究实体存在和存在本质的通 用理论 • 西方哲学史:本体论是指关于存在及其本质和规律的学说 • 中国古代哲学:本根论:指探究天地万物产生、存在、发展 变化的根本原因和根本依据的学说
• 特点：
– 关于世界某个方面的一个特定的分类体系 – 这个体系不依赖于任何特定的语言
• 知识编码非常昂贵
– 时间长 – 复杂的专业知识
知识工程中的本体
• 1991年，Neches等，本体定义了组成主题领域的词汇的基 本术语和关系，以及用于组合术语和关系以定义新词汇的 外延规则 • 1993年，Gruber，本体是概念模型的显式的规格说明 • 1997年，Borst，本体可定义为被共享的概念模型的形式 的规格说明
的语言
– 最好是 “yes/no” 问题 – 描述允许是不完整 • 概念关联、函数、公理预先 定义 • 概念关联、函数、公理可以 被继承
需求建模的需要
• 系统分析员要求
– 具有形式的语法，可 以机械地理解 – 具有预先定义的语义， 可以机械地建立模型
•领域本体能提供
•声明概念即声明了类属
关系：理解概念
概念框架（组织概念）
概念框架（活动概念）
概念框架（岗位和角色概念）
概念框架（资源概念）
企业本体的概念类型层次
T
Organization Position Event Resource
Activity
ComActivity UnitOrganization Agent Material ComOrganization ConActivity AbActivity Finance UnitActivity PerActivity SeqActivity
– 元级约束 – 领域级约束
• 需求描述分析
获取概念实例
• Typical Questions for Inquiring Customers
– Please list as many as possible names of divisions or departments for your organization. – Please list as many as possible names for positions settled in any divisions. – Please list as many as possible names of members in your organization. – Please list as many as possible activities the members may perform. – Please list as many as possible resource names. – …...
Real World Model extract
Real World
map
Software Model specify
Software Specification
现有的工具在何处有用？
Real World Model extract
Real World
map
Software Model specify
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领域模型支持需求重用
R R R R R R domain level association application level association application level concept domain level concept association link is_a link
企业本体的外延关联
Position O ntology Goal goal Event trigger isA Activity isA actor process P osition filledBy position Age n t O n tology UnitActivity isA ConActivity operateOn Resource resource isA AbActivit y effect Agent member O rganiz a tion O n tology UnitOrganisation subOrganization ComOrgan isation isA isA Organisation position
•继承概念类间预先定义 的关联得到声明概念间
的关联
•计算定义在关联上的函 数：建立模型
ห้องสมุดไป่ตู้
需求分析的需要
• 系统分析员要求
– 自动进行模型的分析
•领域本体能提供
•预先定义的公理支持模 型的自动分析（依赖于特 定的公理表示和相应的计 算工具，如Horn逻辑表示
和Prolog程序设计工具）
三层概念需求描述结构
表示需要词汇
• 领域专家使用领域相关的 词汇 • 传统表示语言是领域无关 的
– 例：谓词演算，框架等，不 提供领域相关的词汇
知识库的构造分为两步 定义用来表示知识的词汇 用定义的词汇表示（领域）知识
需求抽取的需要
• 领域用户：
– 需要提示 – 在描述时只使用领域
• 领域本体能提供
• 概念类规定为什么实体建模 • 概念类都是领域的概念抽象
goal
subActivity ComActiv ity isA P erActivity isA SeqActivit y
Activity O n tology
Re s ource O n tology
企业本体内涵关联
• 外延本体定义需求描述的语法，内涵本体定义需求语义模 型。比如，组织信息系统的一些内涵本体
– 组织结构本体； – 组织目标本体； – 事件流本体； – 资源流本体； – ……
概念框架（组织结构概念）
内涵关联的定义
概念框架（组织目标概念）
内涵关联的定义
概念框架（组织活动流概念）
知识制导的需求描述
• 类型指导下的需求描述
– 概念和关联的抽取 – 概念和关联的重用
• 约束引导下的概念闭包扩展
referred concept set: refConcept(Financial Office, Agent, Smith). refConcept(Financial Office, Agent, David). refConcept(Financial Office, Agent Martin). refConcept(Financial Office, Position, Accountant). refConcept(Financial Office, Position, Clerk). refConcept(Financial Office, Position, Financial manager). refConcept(Financial Office, Resource, Finance).
需求重用原则
• 通过基本领域概念继承的概念空间扩展
– 基本领域具体概念：对给定领域中所有应用都 必须的概念 – 创建这类概念的实例是必须的，但必须得到客 户的认可
• 通过基本关联闭包的概念空间扩展
– 基本领域关联：对给定领域中所有应用都必须 的概念关联
结果（已声明的概念实例）
结果（已使用的概念实例）
领域模型有什么用？
Real World Model extract
map
Software Model specify
Domain Knowledge
Method and process
Real World
Software Specification
软件需求描述及建模本体
–知识工程中的本体论 –软件需求描述本体 –软件需求建模本体