Язык моделирования систем SysML как профиль UML

Развитие и совершенствование методов и методологий проектирования информационных систем приводит к развитию и средств представления проектных решений, в частности языка моделирования UML. В статье далее рассматривается язык моделирования систем SysML(System Modeling Language) как профиль(расширение) языка UML 2.0 и применение его для системного моделирования сложных информационных систем при их проектировании.

SysML — это язык моделирования систем, основанный на UML, который расширяет его для моделирования сложных системных аспектов, таких как аппаратное обеспечение, управление конфигурацией, требования, безопасность и другие.

Системное моделирование информационных систем с помощью SysML при их проектировании осуществляется путем построения моделей и дополнения их системными диаграммами.

Системное моделирование — это междисциплинарное исследование использования моделей для концептуализации и построения систем в бизнесе и разработке ИТ. Это достаточно общее определение из Википедии.

Язык моделирования систем SysML появился как изменение(расширение), специфицированное в виде профиля унифицированного языка моделирования UML 2.0.

Поэтому аналогично UML язык SysML состоит из сущностей, свойств, отношений и диаграмм: типы элементов языка (называемые стереотипами) используются для спецификации системы или процесса; свойства элемента, такие как операции, свойства потоков данных и части; отношения определяют связи между элементами моделирования; SysML диаграммы используются для моделирования концепций.

Проектные решения в SysML представляются моделями, дополненными системными диаграммами.

В SysML модели представляют собой структурированное описание системы, состоящей из набора взаимосвязанных сущностей. При этом основным строительным элементом SysML модели является блок.

Блоки используются для описания структурных частей системы или её окружения, таких как стол, мост, компьютер, программа, информационная система и т.п. Блок акцентирует внимание на моделируемой сущности и её связях с другими сущностями, скрывая её внутреннее устройство. Важно — блок моделирует не конкретный экземпляр, а тип сущности, в этом он похож на класс.

С точки зрения модели блок включает в себя набор специализированных элементов, таких как, например:

Часть (part) — это какая-то часть, элемент экземпляра блока, в качестве типа части указывается другой блок
Порт (port) — это часть блока, посредством которой он как-то взаимодействует с окружающей действительностью — передает или получает информацию/энергию/материю.
Поведения (Operations Или Behaviors) — какие-то действия, поведения, которые блок может демонстрировать.

Для описания отношений между блоками используются специальные элементы языка Block Definition Diagram. Отношения между блоками в SysML не отличаются многообразием. Основных отношений три:

Отношение включения означает, что в экземплярах блока присутствуют части, являющиеся экземплярами другого блока;
Отношение ассоциации означает, что между блоками имеет место какое-то взаимодействие, передача информации/энергии или еще чего-то. Сама ассоциация тоже может иметь тип Блок, показывая каким образом, посредством чего происходит взаимодействие;
Отношение потока (flow) показывает что между блоками происходит обмен чем-то, в свойствах этого соединения указывается тип сущности.

Созданные SysML модели дополняются и детализируются системными диаграммами. В языке SysML находят применение следующие диаграммы языка UML: диаграммы вариантов использования, конечных автоматов (диаграмма состояний), диаграммы деятельности и последовательности. Но в спецификацию этого языка вошли также новые диаграммы — требований, внешних и внутренних блоков, времени, параметрическая. Более подробно о системных диаграммах языка моделирования систем SysML смотрите Учебное пособие по системной диаграмме.

В графической нотации моделирования SysML используется девять типов диаграмм, объединенные в три группы: диаграмма требований (req), структурные диаграммы и диаграммы поведения. Кроме того в языке SysML имеются специальные таблицы распределения для сопоставления языковых элементов между типами диаграмм.

Диаграмма требований (req) это специально используемая в SysML, на которой показаны требования, отношения между ними и их взаимосвязь с другими элементами модели.

Структурные диаграммы отражают внутренне построение системы. К структурным диаграммам относятся:

Схема определения блоков (bdd)
Внутренняя структурная схема (ibd)
Параметрическая диаграмма (par)
Схема упаковки (pkg)

Диаграммы поведения предназначены для описания поведенческих аспектов проектируемой системы. Однако поведенческие диаграммы сами по себе не гарантируют правильного поведения системы. Правильность реакции системы на события можно проверить на этапе внедрения или с помощью имитации. Второй вариант называется динамическим анализом.

Вв SysML используются следующие виды диаграмм поведения:

Схема действий (act)
Схема последовательности (sd)
Схема конечного автомата (stm)
Диаграмма вариантов использования (uc)

Кроме моделей и диаграмм язык моделирования систем SysML широко применяет таблицы. В то время как UML предоставляет лишь ограниченную поддержку табличных обозначений, Таблицы распределения SysML поддерживают распространенные виды распределений. Важно то, что SysML предоставляет гибкие таблицы распределения, которые поддерживают распределение требований, функциональное распределение и структурное распределение. Эта возможность облегчает автоматическую верификацию и анализ пробелов.

Главным отличием SysML от UML является моделеориентированность. UML диаграммы изначально задумывались как картинки, визуальные записки. SysML диаграммы — это лишь приятное дополнение к модели, структурированному описанию системы, состоящей из набора взаимосвязанных сущностей.

Достоинством языка моделирования систем SysML является возможность выполнять комплексное моделирование. Для этого SysML имеет нотации и диаграммы, специально разработанные для моделирования комплексных системных архитектур. Это включает в себя функциональные блоки, потоки данных, состояния, события, требования, интерфейсы и многое другое. SysML позволяет более полно и детально описывать и анализировать системы.

Среди недостатком языка SysML можно выделить ограниченная поддержка инструментальными средствами разработки информационных систем. В настоящее время существует небольшое количество инструментов, полностью поддерживающих язык SysML. Некоторые инструменты обеспечивают только базовую поддержку, что может ограничить возможности создания и анализа моделей.

К таким инструментам относится Rhapsody Architect for Systems Engineers — версия Rhapsody для системных инженеров с минимальной функциональностью. Позволяет создавать модели на языке SysML и подключать дополнительные модули.

Примечание. IBM Rational Rhapsody Architect for Software предоставляет среду на базе UML и SysML для разработки программного обеспечения, работающего в реальном масштабе времени, и встроенного ПО. Разработчики встроенных программ могут использовать интегрированную среду разработки программного обеспечения для написания кода на языках C, C++ или Java.

Заключение

Язык моделирования систем SysML как профиль UML и системное моделирование широко используются при проектировании сложных информационных систем в качестве моделеориентированной графической нотации моделирования.

Язык моделирования систем SysML поддерживает определение, анализ, проектирование, проверку и подтверждение соответствия широкого спектра систем. SysML изначально разрабатывался в рамках проекта спецификации с открытым исходным кодом, и имеет открытую лицензию для распространения и использования.

SysML предоставляет различные виды моделей и диаграмм, такие как блок-схемы, диаграммы активностей и диаграммы состояний, чтобы помочь в анализе и проектировании системной архитектуры.

Системное моделирование при проектировании информационных систем в SysML осуществляется с помощью создания моделей, дополненных системными диаграммами.