CN103984814B - 一种复杂装备系统的建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂装备系统的建模方法，该方法定义了复杂装备系统分析与设计各个环节的活动、规范、接口，以及所采用的模型、视图；提高设计效率、保证设计质量，保证设计团队能够有序、高效的进行系统的并行设计。

Description

一种复杂装备系统的建模方法

技术领域

本发明涉及一种建模方法，具体涉及一种复杂装备系统的建模方法。

背景技术

近年来，为应对全球化日益激烈的竞争和挑战，各行各业都在通过不断的战略调整、业务重组、管理改革等途径提高竞争力。传统的系统工程方法强调基于功能分解的系统构造方式，无法满足系统业务过程持续改进的需要。近几年虽然用例驱动、面向领域、组件化系统设计和开发思想日益深入人心，在一定程度上缓解了矛盾，但如何动态的支持业务重组、从业务需求中提取系统功能，并实现功能与组件无缝的映射，进而驱动基于组件装配方式等，仍缺乏一整套完整的解决方案。

在复杂系统建模领域，IBM团队的研究成果具有较高的影响力，其中最广泛使用的是统一软件开发过程RUP(Rat ional Unified Process)、Harmony方法以及相应的开发工具IBM Telelogic Rhapsody等。这些方法和工具的主要特点是以架构为中心的模型驱动开发和协作解决方案，采用基于用例的需求分析法和基于构件的体系结构，包含了部分模型一致性检测。但是，系统用例分析及设计往往不能准确描述复杂装备系统的业务需求，进而难以支持系统业务功能的并行迭代设计、系统级人机交互统一设计等，也无法直接实现业务过程的持续改进。

复杂装备系统由于系统业务过程呈现多样性和持续改进性，传统的用例驱动型建模方法日益暴露出自身的缺陷和不足，存在的主要问题有：

1.需求分析困难。复杂装备系统的系统需求包含业务需求和系统需求，传统的建模方法往往直接从系统功能需求入手，借助用例对系 统进行分析。这样的结果忽略了业务需求，造成业务需求和系统设计的脱节，直接影响模型的设计质量。

2.系统复用效率低。装备系统的发展趋势是以共性的业务过程为中心和出发点，虽然传统的基于设备的系统构造方法能够支持构件级别的系统复用，因复用粒度过细致使系统升级效率低、周期长。

3.难以对模型持续优化，未全面支持并行迭代设计。传统的用例驱动方法虽然支持迭代设计，但主要以用例为单位，与业务过程脱节，导致不同领域设计团队的分工交叉重叠，设计出的系统模型质量差，也无法进行持续优化。

4.缺乏模型之间的一致性检查。传统的系统建模方法直接从需求分析出发，分别构建多个视图，视图之间缺乏关联，导致模型不一致性等设计缺陷。

5.人机交互设计分散进行。系统中不同的业务往往由不同的团队设计开发，造成显示和操作风格的不统一。

6.难以实现业务过程的功能动态重组。现有的装备系统设计方法要求系统功能相对稳定，不支持业务过程的功能动态重组。

针对复杂装备系统建模问题，基于现有的建模方法，我们需要提出一套面向复杂装备系统业务驱动建模方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种复杂装备系统的建模方法，该方法定义了复杂装备系统分析与设计各个环节的活动、规范、接口，以及所采用的模型、视图；提高设计效率、保证设计质量，保证设计团队能够有序、高效的进行系统的并行设计。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种复杂装备系统的建模方法，包括如下步骤：

(1)系统业务需求分析与管理、及业务任务分解；

(2)系统需求分析与用例建模；

(3)系统功能分析及架构设计；

(4)系统统一人机交互设计；

(5)系统构件化设计；

(6)系统业务任务合并；

(7)系统集成装配设计；

(1)设计一致性规范。

优选的，所述系统业务需求分析与管理、及业务任务分解包括如下步骤：

(1)将用户提出的技术要求录入文档，并进行条目化；

(2)建立需求树，提取文档中的需求条目，并按层次关系进行统一管理；

(3)建立词汇表，严格定义文档中出现的专用名词，避免理解上的歧义；

(4)建立类图或概念图，开展概念建模。

(5)按照典型业务过程对用户需求进行分解，并通过活动图、序列图开展典型业务过程分析；

(6)针对解决业务问题中的具体方案，抽象典型业务任务，并通过活动图、概念图、序列图开展典型任务分析，同时将业务任务中的活动与需求树中的需求条目进行关联，实现系统需求到业务需求的有效追踪。

优选的，所述系统需求分析与用例建模包括如下步骤：

(1)基于当前业务任务的活动分析，提取系统用例，形成系统用例图；

(2)通过活动图、序列图开展系统用例分析，描述装备系统的运行流程和交互关系。

优选的，所述系统功能分析及架构设计包括如下步骤：

(1)以业务任务为剖面，基于系统用例分析结果，通过组合结构图描述系统功能模块集合，并根据系统运行流程进行自顶向下的逐层分解，以及各个功能的显控要求和运算要求；

(2)通过状态图建立系统各功能的状态转移模型；

(3)建立系统功能与业务需求条目的追踪关系；

(4)基于功能分析结构，通过部署图建立系统的体系架构；

(5)按照负载均衡、高内聚、低耦合的原则，实现功能在各个子系统上的分配。

优选的，所述系统统一人机交互设计包括如下步骤：

(1)针对部分由显控需求的子系统，基于当前子系统中分配功能的显控要求，建立系统页面集合；

(2)将各页面按照复用原则进行进一步分解为视区，并将显控要求分配到各个视区中；

(3)针对每个视区开展交互设计。

优选的，所述系统构件化设计包括如下步骤：

(1)基于功能分解及视区设计结构，提取构件，建立构件模型；

(2)对每个构件展开进一步详细设计，定义组件的运行平台、运行参数、版本号、显示要求、开发规范、接口要求、运行支撑环境等；

(3)建立系统构件与系统功能的关联，从而建立系统构件与业务需求的追踪。

优选的，所述系统业务任务合并包括如下步骤：

(1)针对各个剖面中定义的系统功能中显控要求和运算要求，对不同业务任务下的功能模块进行融合；

(2)将各业务任务下的体系架构进行合并，形成新的系统架构方案，并将重组的功能重新部署到各个子系统中；

(3)针对新的架构模型，将各任务下的页面重新组装和部署，并通过状态图建立页面调度规则，实现基于业务过程的页面动态重组显示。

(4)将各业务任务下提取的构件进行合并，并提交到构件库进行统一管理和维护。

优选的，所述系统集成装配设计包括如下步骤：

(1)通过部署图建立系统物理拓扑图，定义各个物理设备的性 能参数，如CPU、内存等；

(2)定义构件在各个物理设备上的部署方案，通过状态图定义组件动态调度规则。

优选的，所述设计一致性规范包括如下步骤：

(1)在设计过程中建立系统业务需求、统功能、系统构件的追踪关系，检查业务需求是否完全被实现；

(2)在业务过程分析、业务任务分析、系统用例分析过程中，建立静态视图与动态视图的关联，并检查各个对象在不同动态视图中行为的一致性；

(3)在功能分解过程中，检查功能是否完备的部署到各个子系统中；

(4)在系统统一人机交互设计阶段，检查所有的显控要求是否已完备的分配到各视区当中；

(5)在集成装配设计过程中，检查所有的构件是否完备的部署到物理拓扑中。

采用本技术方案的有益效果是：该方法定义了复杂装备系统分析与设计各个环节的活动、规范、接口，以及所采用的模型、视图；提高设计效率、保证设计质量，保证设计团队能够有序、高效的进行系统的并行设计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的一种复杂装备系统的建模方法，包括如下步骤：

(1)系统业务需求分析与管理、及业务任务分解；

(2)系统需求分析与用例建模；

(3)系统功能分析及架构设计；

(4)系统统一人机交互设计；

(5)系统构件化设计；

(6)系统业务任务合并；

(7)系统集成装配设计；

(8)设计一致性规范。

系统业务需求分析与管理、及业务任务分解包括如下步骤：

(1)将用户提出的技术要求录入文档，并进行条目化；

(2)建立需求树，提取文档中的需求条目，并按层次关系进行统一管理；

(3)建立词汇表，严格定义文档中出现的专用名词，避免理解上的歧义；

(4)建立类图或概念图，开展概念建模。

(5)按照典型业务过程对用户需求进行分解，并通过活动图、序列图开展典型业务过程分析；

(6)针对解决业务问题中的具体方案，抽象典型业务任务，并通过活动图、概念图、序列图开展典型任务分析，同时将业务任务中的活动与需求树中的需求条目进行关联，实现系统需求到业务需求的有效追踪。

系统需求分析与用例建模包括如下步骤：

(1)基于当前业务任务的活动分析，提取系统用例，形成系统用例图；

(2)通过活动图、序列图开展系统用例分析，描述装备系统的运行流程和交互关系。

系统功能分析及架构设计包括如下步骤：

(1)以业务任务为剖面，基于系统用例分析结果，通过组合结构图描述系统功能模块集合，并根据系统运行流程进行自顶向下的逐层分解，以及各个功能的显控要求和运算要求；

(2)通过状态图建立系统各功能的状态转移模型；

(3)建立系统功能与业务需求条目的追踪关系；

(4)基于功能分析结构，通过部署图建立系统的体系架构；

(5)按照负载均衡、高内聚、低耦合的原则，实现功能在各个子系统上的分配。

系统统一人机交互设计包括如下步骤：

(1)针对部分由显控需求的子系统，基于当前子系统中分配功能的显控要求，建立系统页面集合；

(2)将各页面按照复用原则进行进一步分解为视区，并将显控要求分配到各个视区中；

(3)针对每个视区开展交互设计。

系统构件化设计包括如下步骤：

(1)基于功能分解及视区设计结构，提取构件，建立构件模型；

(2)对每个构件展开进一步详细设计，定义组件的运行平台、运行参数、版本号、显示要求、开发规范、接口要求、运行支撑环境等；

(3)建立系统构件与系统功能的关联，从而建立系统构件与业务需求的追踪。

系统业务任务合并包括如下步骤：

(1)针对各个剖面中定义的系统功能中显控要求和运算要求，对不同业务任务下的功能模块进行融合；

(2)将各业务任务下的体系架构进行合并，形成新的系统架构方案，并将重组的功能重新部署到各个子系统中；

(3)针对新的架构模型，将各任务下的页面重新组装和部署，并通过状态图建立页面调度规则，实现基于业务过程的页面动态重组显示。

(4)将各业务任务下提取的构件进行合并，并提交到构件库进行统一管理和维护。

系统集成装配设计包括如下步骤：

(1)通过部署图建立系统物理拓扑图，定义各个物理设备的性能参数，如CPU、内存等；

(2)定义构件在各个物理设备上的部署方案，通过状态图定义组件动态调度规则。

设计一致性规范包括如下步骤：

(1)在设计过程中建立系统业务需求、统功能、系统构件的追踪关系，检查业务需求是否完全被实现；

(2)在业务过程分析、业务任务分析、系统用例分析过程中，建立静态视图与动态视图的关联，并检查各个对象在不同动态视图中行为的一致性；

(3)在功能分解过程中，检查功能是否完备的部署到各个子系统中；

(4)在系统统一人机交互设计阶段，检查所有的显控要求是否已完备的分配到各视区当中；

(5)在集成装配设计过程中，检查所有的构件是否完备的部署到物理拓扑中。

业务过程驱动的复杂装备系统建模方法以一种更利于设计人员理解和入手的方式，引导设计团队从复杂装备系统的应用需求出发，开展系统典型业务场景分析。并以业务任务为剖面，并行或迭代地进行系统功能分析、系统架构分析和设计、统一人机交互设计、系统构件化设计及集成装配设计，以建立可扩展的构架化的复杂装备系统。 可有效缩小业务人员与系统设计人员理解鸿沟，实现业务需求到系统建模和设计的平滑过渡。业务过程驱动的复杂装备系统建模方法具备以下的优点：

1.缩小理解鸿沟，实现业务需求到系统需求的平滑过渡：传统设备研制过程中系统用例设计和需求分析的完备性、准确性、耦合性是决定系统设计质量的重要因素。而系统用例设计及分析往往不能准确描述业务需求。业务过程驱动的复杂装备系统建模方法强调以客观存在的业务建模为引导，通过对典型业务场景的活动分析、交互分析等建模过程，实现到系统需求的平滑过渡；

2.抓住共性业务，实现业务级复用：装备系统发展的主要特征是系统业务多样性和业务过程的持续改进。我们提出超越传统的基于设备的系统构造方法，以业务驱动建模。以共性的业务过程为中心和出发点，对系统的业务过程进行抽象，实现业务级复用，从而提高系统升级效率，降低成本和周期；

3.聚焦持续优化，实现并行迭代设计：定义了系统寿命周期中各个阶段性能的继承和约束关系，及业务分解与合并的一系列规范和原则，支持不同领域设计团队以业务为剖面，并行开展系统并行设计或迭代设计。以追求系统在寿命周期全过程中其性能最优，支持产品并行持续重组和优化；

4.强调全面分析，基于一致性检查支持多视图建模：从不同的侧面分析和描述系统需求，从多个视图对系统建模，实现对系统的全面分析；基于一致性检测技术检查并快速定位设计模型中的缺陷，确保不同视图间数据的统一；

5.重视用户体验，支持系统级人机交互统一设计：将人机交互提升到系统层面，统一考虑系统的显示风格、操作风格，建立构件化可动态重组的功能、界面框架，实现面向业务的界面动态调度和重组；

6.提高健壮性，提供面向业务过程的功能动态重组：为提高系统的可扩展性、可维护性，本方法可引导设计团队建立构件化的装备系统，并建立集成装配设计模型，在实施过程中实现构件的自动部署与运行 模型，实现面向业务的动态功能重组。

实施例1

下面将以直升机控制系统为例对本发明的技术方案做进一步的详细说明：按照业务过程驱动的设计理念，其目标是辅助设计团队并行或迭代的开展系统业务需求分析、系统需求分析、系统功能分析、架构设计、统一人机交互设计、构件化设计及集成装配设计。通过对全生命周期设计活动的定义和规范，真正实现需求分析、系统设计到应用集成的一体化，达到提高设计效率、保证设计质量、发挥系统综合优势的目的。

(1)X型直升机控制系统业务需求分析与管理，及业务任务分解：

a.文档化X型直升机控制系统使命要求；

b.基于文档建立需求树，包括探测能力、机动能力、攻击能力等；

c.建立词汇表；

d.建立系统概念模型；

e.按照业务分类将需求分解为运输通用性、武装型与战斗勤务型，并开展业务过程分析；

f.针对业务过程分析，抽象业务过程中的典型活动，建立系统业务任务，包括海上支援、教学、救护、电子对抗、布雷、通信、侦查、反潜、反舰、强击等。针对不同型号的直升机，将可进行业务任务的复用；

g.建立业务需求与业务任务模型的活动关联。

(2)系统需求分析与用例建模，以“反潜”任务为剖面，开展系统需求分析及用例建模：

a.根据“反潜”业务任务分析中建立的活动模型和事件模型，建立系统用例模型；

b.通过活动图与序列图开展系统用例的活动分析与交互分析。系统功能分析与及架构设计。

(3)以“反潜”任务为剖面，开展系统功能分析与架构设计：

a.根据系统用例分析结果，建立顶层系统功能模块集合；

b.针对每个功能模块建立系统状态转移规则，鱼雷发控模块的状态模型；

c.描述各系统功能的显控要求与运输要求；

d.建立系统功能与业务需求的追踪关系；

e.建立系统架构模型；

f.实现功能在各个架构上的分解。

(4)系统统一人机交互设计，以“反潜”任务为剖面，针对“雷发控子系统”开展统一人机交互设计：

a.根据显控要求，建立系统显示页面集合；

b.根据复用原则对每个页面进行分解为视区；

c.针各个视区显控要求开展人机交互设计。

系统构件化设计

(5)以“反潜”任务为剖面，开展构件化设计：

a.对各个视区，提取构件，建立构件模型；

b.对每个构件展开进一步详细设计，定义组件的运行平台、运行参数、版本号、显示要求、开发规范、接口要求、运行支撑环境等；

c.建立系统构件与系统功能的关联，从而建立系统构件与业务需求的追踪。

(6)系统业务任务合并：

a.针对各个剖面中定义的系统功能中显控要求和运算要求，对“反潜”、“反舰”等任务进行融合；

b.将各业务任务下的体系架构进行合并，形成新的系统架构方案，并将重组的功能重新部署到各个子系统中；

c.针对新的架构模型，将各任务下的页面重新组装和部署，并通过状态图建立页面调度规则，实现基于业务过程的页面动态重组显示。

d.将各业务任务下提取的构件进行合并，并提交到构件库进行统 一管理和维护。

(7)系统集成装配设计：

a.建立系统物理拓扑图，定义各个物理设备的性能参数；

b.定义构件在各个物理设备上的部署方案，通过状态图定义组件

动态调度规则。

采用本技术方案的有益效果是：该方法定义了复杂装备系统分析与设计各个环节的活动、规范、接口，以及所采用的模型、视图；提高设计效率、保证设计质量，保证设计团队能够有序、高效的进行系统的并行设计。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种复杂装备系统的建模方法，包括如下步骤：

(1)系统业务需求分析与管理、及业务任务分解；

(2)系统需求分析与用例建模；

(3)系统功能分析及架构设计；

(4)系统统一人机交互设计；

(5)系统构件化设计；

(6)系统业务任务合并；

(7)系统集成装配设计；

(8)设计一致性规范；

其特征在于，

所述系统业务需求分析与管理、及业务任务分解包括如下步骤：

(1)将用户提出的技术要求录入文档，并进行条目化；

(2)建立需求树，提取文档中的需求条目，并按层次关系进行统一管理；

(3)建立词汇表，严格定义文档中出现的专用名词，避免理解上的歧义；

(4)建立类图或概念图，开展概念建模；

(5)按照典型业务过程对用户需求进行分解，并通过活动图、序列图开展典型业务过程分析；

(6)针对解决业务问题中的具体方案，抽象典型业务任务，并通过活动图、概念图、序列图开展典型任务分析，同时将业务任务中的活动与需求树中的需求条目进行关联，实现系统需求到业务需求的有效追踪；

所述系统功能分析及架构设计包括如下步骤：

(1)以业务任务为剖面，基于系统用例分析结果，通过组合结构图描述系统功能模块集合，并根据系统运行流程进行自顶向下的逐层分解，以及各个功能的显控要求和运算要求；

(2)通过状态图建立系统各功能的状态转移模型；

(3)建立系统功能与业务需求条目的追踪关系；

(4)基于功能分析结构，通过部署图建立系统的体系架构；

(5)按照负载均衡、高内聚、低耦合的原则，实现功能在各个子系统上的分配；

所述系统业务任务合并包括如下步骤：

(1)针对各个剖面中定义的系统功能中显控要求和运算要求，对不同业务任务下的功能模块进行融合；

(2)将各业务任务下的体系架构进行合并，形成新的系统架构方案，并将重组的功能重新部署到各个子系统中；

(3)针对新的架构模型，将各任务下的页面重新组装和部署，并通过状态图建立页面调度规则，实现基于业务过程的页面动态重组显示；

(4)将各业务任务下提取的构件进行合并，并提交到构件库进行统一管理和维护；

所述设计一致性规范包括如下步骤：

(1)在设计过程中建立系统业务需求、系统功能、系统构件的追踪关系，检查业务需求是否完全被实现；

(2)在业务过程分析、业务任务分析、系统用例分析过程中，建立静态视图与动态视图的关联，并检查各个对象在不同动态视图中行为的一致性；

(3)在功能分解过程中，检查功能是否完备的部署到各个子系统中；

(4)在系统统一人机交互设计阶段，检查所有的显控要求是否已完备的分配到各视区当中；

(5)在集成装配设计过程中，检查所有的构件是否完备的部署到物理拓扑中。

2.根据权利要求1所述的一种复杂装备系统的建模方法，其特征在于，所述系统需求分析与用例建模包括如下步骤：

(1)基于当前业务任务的活动分析，提取系统用例，形成系统用例图；

(2)通过活动图、序列图开展系统用例分析，描述装备系统的运行流程和交互关系。

3.根据权利要求1所述的一种复杂装备系统的建模方法，其特征在于，所述系统统一人机交互设计包括如下步骤：

(1)针对部分由显控需求的子系统，基于当前子系统中分配功能的显控要求，建立系统页面集合；

(2)将各页面按照复用原则进行进一步分解为视区，并将显控要求分配到各个视区中；

(3)针对每个视区开展交互设计。

4.根据权利要求1所述的一种复杂装备系统的建模方法，其特征在于，所述系统构件化设计包括如下步骤：

(1)基于功能分解及视区设计结构，提取构件，建立构件模型；

(2)对每个构件展开进一步详细设计，定义组件的运行平台、运行参数、版本号、显示要求、开发规范、接口要求、运行支撑环境；

(3)建立系统构件与系统功能的关联，从而建立系统构件与业务需求的追踪。

5.根据权利要求1所述的一种复杂装备系统的建模方法，其特征在于，所述系统集成装配设计包括如下步骤：

(1)通过部署图建立系统物理拓扑图，定义各个物理设备的性能参数；

(2)定义构件在各个物理设备上的部署方案，通过状态图定义组件动态调度规则。