基于模型的系統(tǒng)工程：綜合運用OPM和SysML

目 錄
第一部分 基于模型的系統(tǒng)工程入門
第1章 開始建模 1
1．1 事故自動響應(yīng)系統(tǒng) 2
1．2 OPM功能作為種子原理 2
1．3 識別系統(tǒng)功能 3
1．4 識別系統(tǒng)受益者 3
1．5 過程變換對象 4
小結(jié) 4
習(xí)題 5
第2章 文本描述和仿真推演 6
2．1 OPL――英語的一個子集 6
2．2 狀態(tài)和推演 7
2．2．1 過程對對象的影響 7
2．2．2 從隱式影響到顯式狀態(tài)變化 8
2．2．3 狀態(tài)命名 8
2．3 OPM模型的仿真推演 9
小結(jié) 9
習(xí)題 10
第3章 用鏈接聯(lián)系事物 11
3．1 過程鏈接與結(jié)構(gòu)鏈接 11
3．2 添加支持對象 11
3．2．1 添加主體和主體鏈接 12
3．2．2 添加手段和手段鏈接 12
3．3 添加結(jié)構(gòu)鏈接 13
3．4 物理事物與信息事物 14
3．5 模型的事實和OPL段落 14
3．6 環(huán)境事物與系統(tǒng)事物 15
3．7 初始狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài) 16
3．8 觸發(fā)狀態(tài)和事件鏈接 17
小結(jié) 17
習(xí)題 18
第4章 SysML――用例圖、模塊圖、狀態(tài)機圖 19
4．1 SysML用例圖 19
4．2 SysML模塊和模塊圖 21
4．3 SysML狀態(tài)機圖 22
小結(jié) 23
習(xí)題 24
第5章 通過放大進行細化 25
5．1 測量事故嚴重程度 25
5．2 放大：在一個新OPD圖中細化一個過程 25
5．3 OPD對象過程圖樹 26
5．4 OPM模型事實表示原理 27
5．5 事故嚴重程度屬性及其測量 27
5．6 系統(tǒng)模擬：推演測試 28
小結(jié) 29
習(xí)題 29
第6章 系統(tǒng)的動態(tài)行為 30
6．1 在輕度毀傷時退出 30
6．2 消息創(chuàng)建和發(fā)送 31
6．3 過程執(zhí)行順序：OPM時間軸原理 31
6．4 救援來了 32
6．5 當(dāng)前設(shè)計的執(zhí)行線程 33
小結(jié) 33
習(xí)題 34
第7章 控制系統(tǒng)的行為 35
7．1 布爾對象作為分支條件 35
7．2 條件鏈接與手段鏈接 36
7．3 繼承關(guān)系 37
7．4 放大到事故嚴重程度測量 38
7．5 參與約束 39
7．6 邏輯運算符：OR與XOR 39
7．7 事故嚴重程度測量過程的細化 39
7．8 事物的范圍：信號作為臨時對象 39
7．9 診斷如何完成 40
小結(jié) 41
習(xí)題 41
第8章 抽象和細化 43
8．1 放大――在新圖中細化過程 43
8．2 放大后的消息處理過程 45
8．3 ACR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)視圖 46
小結(jié) 47
習(xí)題 47
第二部分 OPM與SysML基礎(chǔ)
第9章 概念建模――目的與背景 50
9．1 系統(tǒng)、模型和系統(tǒng)工程 50
9．1．1 科學(xué)與工程的異同點 50
9．1．2 概念建模和基于模型的系統(tǒng)工程 51
9．2 一種基礎(chǔ)的系統(tǒng)工程OPM本體 51
9．2．1 何為對象存在和過程發(fā)生及一些啟發(fā)性的Q＆A 52
9．2．2 對象-過程定理 53
9．2．3 對象-過程推論 53
9．2．4 對象-過程斷言：OPM基礎(chǔ) 53
9．2．5 為什么不止用一種事物？圖形是否由節(jié)點和連接構(gòu)成 54
9．2．6 OPM事物重要度原理 54
9．3 對象、狀態(tài)、變換和過程的定義 55
9．4 系統(tǒng)及相關(guān)概念 55
9．4．1 默認的系統(tǒng)定義 57
9．4．2 參與者―利益相關(guān)方、受益者、客戶、用戶和供貨商 58
9．4．3 系統(tǒng)資源：自然資源或人工資源 58
9．4．4 功能、結(jié)構(gòu)和行為 59
9．4．5 結(jié)構(gòu)―行為同步建模需求 59
9．4．6 系統(tǒng)架構(gòu) 60
9．4．7 系統(tǒng)環(huán)境及事物聯(lián)系 60
9．4．8 功能與行為 60
9．5 語言和建模 61
9．5．1 模型和建模 61
9．5．2 形式化模型與非形式化模型 61
9．5．3 復(fù)雜度管理 62
小結(jié) 62
習(xí)題 63
第10章 事物――對象與過程 64
10．1 面向?qū)ο笈c對象過程法 64
10．2 存在、事物和變換 64
10．2．1 對象細化 65
10．2．2 對象和人類記憶 65
10．3 對象標(biāo)識 66
10．3．1 信息對象的標(biāo)識 66
10．3．2 過程作為一個變換的隱喻 66
10．3．3 過程定義細化 66
10．3．4 變換對象的概念 67
10．3．5 因與果 67
10．4 語法和語義對比 68
10．4．1 對象和過程是否為名詞和動詞的語義類似物 68
10．4．2 語法語義對比分析句子 68
10．4．3 前置對象集 69
10．4．3 后置對象集 70
10．4．4 相關(guān)對象集 71
10．5 OPM過程鏈接獨特性原理 71
10．6 過程的判定 74
10．6．1 變換對象標(biāo)準(zhǔn) 74
10．6．2 時變特性標(biāo)準(zhǔn) 74
10．6．3 動詞關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn) 75
10．6．4 OPM模型的過程測試系統(tǒng) 75
10．7 OPM元素命名 75
10．7．1 首字母大寫、加粗、短語和命名 76
10．7．2 OPM命名獨特性原理 76
10．7．3 過程命名 77
10．8 事物的定義 77
10．9 OPM事物的性質(zhì) 78
10．10 事物的臨界情況 79
10．10．1 保持狀態(tài)的過程 80
10．10．2 如何利用結(jié)構(gòu)鏈接對狀態(tài)保持過程建模 80
10．10．3 瞬態(tài)對象及其替代――激活鏈接 81
10．11 運算符、運算對象和變換 81
小結(jié) 82
習(xí)題 83
第11章 對象過程語言――文本描述 84
11．1 OPL――文本描述 84
11．2 OPL的兩個目的 84
11．2．1 面向人類的OPL 84
11．2．2 面向機器的OPL 85
11．3 OPM圖、文等價原理 85
11．4 OPM模型結(jié)構(gòu)的元模型 85
11．5 OPL的保留短語和非保留短語 87
11．6 OPM雙模式描述的動機 88
11．6．1 雙通道假設(shè) 88
11．6．2 雙模式描述的好處 89
11．6．3 吸引客戶――社會方面 89
11．6．4 消除需求、設(shè)計之間的鴻溝 90
11．7 世界語――人類可讀的自動生成的文本 90
小結(jié) 90
習(xí)題 91
第12章 SysML――基礎(chǔ)和視圖 92
12．1 UML――統(tǒng)一建模語言 92
12．2 SysML的支柱 93
12．3 需求視圖 94
12．4 模塊和結(jié)構(gòu) 94
12．5 活動圖 95
12．5．1 活動中動作的展開 95
12．5．2 接收、發(fā)送和時間事件行動節(jié)點 97
12．6 序列圖 97
12．7 需求圖 99
12．8 參數(shù)圖和約束屬性塊 101
12．9 SysML與OPM比較 103
12．9．1 過程作為“一等公民” 104
12．9．2 物理事物和信息事物 104
12．9．3 模型視圖多樣性與模型視圖統(tǒng)一性 104
12．9．4 圖形描述與圖文結(jié)合描述 104
12．9．5 活動圖與對象過程圖 105
12．9．6 活動圖中的控制流與對象過程圖 106
12．9．7 需求圖與OPM的需求描述 106
12．10 SysML與OPM的綜合運用 107
小結(jié) 108
習(xí)題 108
第13章 系統(tǒng)動態(tài)特性 109
13．1 變換和影響 109
13．2 存在與變換 109
13．2．1 創(chuàng)建與消耗：對象狀態(tài)變換的極端情況 109
13．2．2 狀態(tài)變化還是特性變化 111
13．2．3 生物的變換 111
13．2．4 人工對象的變換 112
13．3 過程鏈接 113
13．3．1 變換與相應(yīng)的過程鏈接 113
13．3．2 變換對象 113
13．4 變換鏈接 114
13．4．1 消耗和結(jié)果生成的時間 115
13．4．2 影響鏈接的演變 115
13．5 支持鏈接 116
13．5．1 主體――人類支持對象 116
13．5．2 手段――非人類支持對象 117
13．5．3 支持鏈接：主體和手段鏈接 117
13．5．4 支持對象與影響對象 118
13．6 前置和后置對象集 119
13．7 特定狀態(tài)的過程鏈接 120
13．8 特定狀態(tài)的支持鏈接 120
13．9 特定狀態(tài)的變換鏈接 122
13．10 特定狀態(tài)的影響鏈接 123
小結(jié) 126
習(xí)題 128
第14章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性 130
14．1 結(jié)構(gòu)關(guān)系 130
14．1．1 關(guān)注二元關(guān)系 130
14．1．2 正向和反向結(jié)構(gòu)關(guān)系 131
14．1．3 結(jié)構(gòu)鏈接與結(jié)構(gòu)關(guān)系 132
14．1．4 結(jié)構(gòu)標(biāo)簽和帶標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)鏈接 132
14．1．5 帶標(biāo)簽的雙向結(jié)構(gòu)鏈接 133
14．2 結(jié)構(gòu)關(guān)系的對稱性和傳遞性 134
14．2．1 結(jié)構(gòu)關(guān)系的對稱性 134
14．2．2 結(jié)構(gòu)關(guān)系的傳遞性 135
14．2．3 空標(biāo)簽、空結(jié)構(gòu)鏈接及其默認OPL短語 136
14．2．4 特定型號的空標(biāo)簽 137
14．3 結(jié)構(gòu)關(guān)系作為狀態(tài)保持過程 137
小結(jié) 138
習(xí)題 139
第15章 參與約束和分支 140
15．1 結(jié)構(gòu)和過程參與約束 140
15．2 結(jié)構(gòu)參與約束 140
15．2．1 參數(shù)化結(jié)構(gòu)參與約束 141
15．2．2 范圍參與約束 141
15．3 速記符和保留字 142
15．4 基數(shù) 143
15．4．1 四種常見的基數(shù)類 143
15．4．2 16種基數(shù)類 144
15．5 過程參與約束 144
15．5．1 參數(shù)化過程參與約束 145
15．5．2 支持對象和變換參與約束 145
15．6 結(jié)構(gòu)關(guān)系的分配律 146
15．7 分支、柄和齒 147
15．8 齒事物集 149
15．8．1 分支度 149
15．8．2 分支完備性 150
15．8．3 分支有序性 151
15．8．4 齒事物集排序規(guī)則 152
小結(jié) 152
習(xí)題 153
第16章 基本結(jié)構(gòu)關(guān)系 154
16．1 關(guān)系符號和參與者 154
16．2 關(guān)系命名和OPL語句 155
16．3 結(jié)構(gòu)層次、傳遞性和用戶自定義符號 155
小結(jié) 156
習(xí)題 156
第三部分 結(jié)構(gòu)和行為
第17章 組成關(guān)系 157
17．1 基本概念 157
17．1．1 完形理論 158
17．1．2 整體論和涌現(xiàn) 158
17．1．3 分解的深度 158
17．1．4 用“consists of”（由……組成）而不是“has a”（有） 158
17．2 組成關(guān)系作為分支 159
17．3 語義Web實例 160
17．4 組成關(guān)系命名 161
17．5 UML和SysML中強組成關(guān)系與弱組成關(guān)系 162
17．6 表示部分的順序 163
17．7 組成關(guān)系和帶標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)關(guān)系 164
17．8 非完備的組成關(guān)系 165
17．9 參數(shù)化的部分約束――微語言 167
小結(jié) 169
習(xí)題 169
第18章 表征關(guān)系 171
18．1 事物和特征 171
18．2 屬性和操作：兩類特征 172
18．3 UML/SysML和OPM中特征的對比 173
18．4 OPM事物和特征命名的唯一性 174
18．5 四類表征關(guān)系 175
18．5．1 對象-屬性組合 175
18．5．2 對象-操作組合 176
18．5．3 過程-屬性組合 176
18．5．4 過程-操作組合 177
18．6 基本的結(jié)構(gòu)層次 178
18．7 屬性命名問題 179
18．8 特征和鏈接的屬性 180
18．8．1 顯式度 180
18．8．2 模式 180
18．8．3 模糊度――定量屬性的屬性 181
18．8．4 涌現(xiàn)性 181
18．8．5 鏈接同質(zhì)性屬性 181
小結(jié) 182
習(xí)題 182
第19章 狀態(tài)與取值 183
19．1 狀態(tài)定義 183
19．1．1 狀態(tài)示例 183
19．1．2 初始狀態(tài)、終止?fàn)顟B(tài)和默認狀態(tài) 183
19．2 狀態(tài)隱藏和顯示 184
19．3 取值：狀態(tài)的數(shù)值化 185
19．4 狀態(tài)轉(zhuǎn)移：當(dāng)過程起作用 186
19．5 路徑標(biāo)簽和觸發(fā)器 188
19．6 大腦“自組織臨界”模型 190
19．7 特定狀態(tài)的結(jié)構(gòu)鏈接定義 191
19．8 復(fù)合狀態(tài)與狀態(tài)空間 194
19．8．1 OPL中的多重條件分句 195
19．8．2 使用過程確定復(fù)合狀態(tài) 195
小結(jié) 196
習(xí)題 196
第20章 繼承關(guān)系與實例關(guān)系 197
20．1 繼承與實例化：簡介 197
20．2 繼承 199
20．2．1 從候選特殊事物創(chuàng)建一般事物 200
20．2．2 特征的繼承 200
20．2．3 結(jié)構(gòu)關(guān)系的繼承 201
20．2．4 狀態(tài)和鏈接繼承 201
20．3 通過辨別屬性來特殊化 202
20．4 特定狀態(tài)的表征鏈接 203
20．5 類型-實例 204
20．5．1 類型與實例 204
20．5．2 實例化與特殊化 205
20．6 實例的相對性 205
20．7 約束屬性值 206
20．8 過程實例 207
小結(jié) 208
習(xí)題 209
第21章 復(fù)雜性管理――細化與抽象 210
21．1 復(fù)雜性管理的需求 210
21．2 模型復(fù)雜度聲明 211
21．3 基于側(cè)面與基于細節(jié)分解 211
21．4 完備性和簡明性的權(quán)衡 212
21．5 狀態(tài)顯示和狀態(tài)隱藏 213
21．6 展開和折疊 214
21．7 圖內(nèi)展開和新圖展開 215
21．8 端口折疊 215
21．9 放大和縮小 216
21．9．1 圖內(nèi)放大和新圖放大 217
21．9．2 對象的放大和縮小 217
21．10 同步和異步過程細分 218
21．11 放大和展開的對等 219
21．12 系統(tǒng)框圖和最終對象過程圖 220
21．13 OPD對象樹和對象林 222
21．14 縮小 223
21．15 簡化一個OPD 224
21．16 考慮過程鏈接優(yōu)先級的抽象 226
21．16．1 變換鏈接間的優(yōu)先級 226
21．16．2 變換鏈接和支持鏈接間的優(yōu)先級 227
21．16．3 同類非控制鏈接和控制鏈接之間的優(yōu)先級 227
21．16．4 過程鏈接優(yōu)先級的總結(jié) 228
21．17 放大時的鏈接遷移 228
21．18 視圖創(chuàng)建：第四類細分機制 228
21．19 自中間向兩頭作為架構(gòu)設(shè)計的常見做法 229
21．19．1 OPM能夠滿足方法混合使用的需要 229
21．19．2 何時需要創(chuàng)建一個新的OPD 229
21．20 OPM系統(tǒng)模型中的導(dǎo)航 230
21．20．1 OPM圖的標(biāo)號和樹邊的標(biāo)號 230
21．20．2 整體系統(tǒng)的OPL規(guī)范 230
小結(jié) 231
習(xí)題 232
第22章 OPM操作語義和控制鏈接 234
22．1 事件―條件―動作控制機制 234
22．2 前置條件、過程前置對象集和后置對象集 235
22．3 控制鏈接的種類 235
22．4 事件鏈接 235
22．4．1 通過事件鏈接激活非首子過程 236
22．4．2 支持事件鏈接和變換事件鏈接 236
22．4．3 特定狀態(tài)的支持和變換事件鏈接 237
22．4．4 激活鏈接 238
22．5 條件鏈接 239
22．5．1 跳過語義優(yōu)先于等待語義 239
22．5．2 條件變換鏈接 240
22．5．3 條件支持鏈接 241
22．5．4 特定狀態(tài)的條件變換鏈接 241
22．5．5 特定狀態(tài)的條件支持鏈接 242
22．6 異常鏈接 243
22．6．1 過程的持續(xù)時間及其分布 243
22．6．2 超時異常鏈接 244
22．6．3 欠時異常鏈接 244
22．7 變換率 246
22．8 基于OPM的運算 246
22．9 集合和反復(fù) 248
22．10 放大過程語境中的操作語義 248
22．10．2 隱性平行激活鏈接集 250
22．10．3 跨過程語境的鏈接分配率 251
22．10．4 分離的特定狀態(tài)的鏈接對 253
22．11 相關(guān)對象集實例變換 254
22．12 UML的對象約束語言 254
小結(jié) 255
習(xí)題 256
第23章 邏輯算子與概率 257
23．1 邏輯“與”的過程鏈接 257
23．2 邏輯“非” 258
23．3 邏輯“異或”與“或”鏈接符 259
23．3．1 邏輯“異或”運算符 260
23．3．2 邏輯“或”運算符 260
23．4 分散和匯聚“異或”和“或”鏈接 261
23．5 “異或”組合和“或”組合 264
23．5．1 組合型“異或” 264
23．5．2 組合“或” 265
23．6 邏輯“異或”與“或”：特定狀態(tài)的鏈接扇形 265
23．6．1 控制修飾鏈接扇形 266
23．6．2 特定狀態(tài)的控制修飾鏈接扇形 266
23．7 多控制鏈接的“或”語義 267
23．8 鏈接概率和概率鏈接扇形 268
小結(jié) 270
習(xí)題 271
第24章 ISO 19450標(biāo)準(zhǔn)概述 272
24．1 The ISO 19450 介紹 272
24．2 ISO 19450術(shù)語、定義和符號 273
24．3 OPM原理和概念 274
24．4 ISO 19450的4個附件 276
24．4．1 附錄A“規(guī)范：基于EBNF形式的OPL規(guī)范語法” 276
24．4．2 附錄B“提示：OPM指南” 277
24．4．3 附錄C“提示：運用OPM的OPM建?！?277
24．4．4 附錄D“信息：OPM的動態(tài)性和仿真性” 279
附：OPM原理一覽 280
參考文獻 282