一种SysML语言建模软件的应用验证方法与流程

一种sysml语言建模软件的应用验证方法
技术领域
1.本技术属于软件验证技术领域，特别涉及一种sysml语言建模软件的应用验证方法。


背景技术：

2.基于模型的系统工程：从概念设计阶段开始并持续贯穿开发和后续的生命周期阶段，支持系统需求定义、设计、分析、验证和确认活动的正规化建模应用。
3.sysml语言(systems modeling language)是一种系统工程标准建模语言。sysml图一共有9种，如图1所示，分别为：a)模块定义图(block definition diagram,bdd)；b)内部模块图(internal block diagram,ibd)；c)用例图(usecase diagram,uc)；d)活动图(activity diagram,act)；e)顺序图(sequence diagram,sd)；f)状态图(state machine diagram,stm)g)参数图(parametric diagram,par)；h)包图(package diagram,pkg)；i)需求图(requirementdiagram,req)。
4.基于sysml语言的主要建模方法：a)harmonyse方法，主要流程见图2所示；b)magicgrid方法；c)arcadia方法。
5.当前sysml语言建模软件的应用验证方法主要分为两类：一种是根据应用验证任务书/软件设计说明书，对软件的功能和性能指标进行验证；另一种是基于对标软件/具备相似功能的建模软件，以已完成的产品项目为蓝本，在被应用验证的软件中复制该产品项目。其中，第一种方法将应用验证局限为功能与性能的验证，认为只要软件满足应用验证任务书/软件设计说明书中规定的功能与性能指标，即可认为软件能够满足产品研发对其功能/性能需的求，从而通过应用验证。但这种方法实际上将软件的功能/性能和工程行为本身割裂，在复杂的产品研发中软件各种单元相互耦合的情况下，功能/性能可能与测试环境下存在较大差异，故该种应用验证方法存在一定的局限性；第二种方法将应用验证局限为对其他软件的模仿，认为只要能够在被验证的软件中成功复制已完成的基于对标软件/具备相似功能的建模软件的产品项目，即可认为软件具备满足产品研发对其功能/性能的需求，从而通过应用验证。但这种方法实际上将软件自身的能力局限在了对标软件/具备相似功能的建模软件的能力范围内，无法验证软件自身支撑产品正向研发的优势与劣势，存在一定的局限性。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本技术提供了一种sysml语言建模软件的应用验证方法，验证sysml语言建模软件是否具备支撑目标产品正向研发的能力，该应用验证方法的部分流程基于harmonyse建模方法设计。
7.本技术提供的sysml语言建模软件的应用验证方法，主要包括：
8.步骤s1、确定被应用验证软件的产品利益攸关者需求条目；
9.步骤s2、对每一条利益攸关者需求条目进行黑盒分析，通过构建需求图确定被应
用验证软件在运行过程中的动态行为、参数变化是否与需求一致；
10.步骤s3、对被应用验证软件进行白盒建模，确定与所述利益攸关者需求条目对应的系统的各下级系统的接口；
11.步骤s4、根据下级系统的功能，确定下级系统的需求，并使所述下级系统的需求与所述利益攸关者需求的下级需求一致。
12.优选的是，步骤s2中，所述黑盒分析包括：
13.步骤s21、确定用例的数量和种类；
14.步骤s22、根据用例，构建反映产品功能流程与运行场景的活动图；
15.步骤s23、根据活动图建立对应的顺序图；
16.步骤s24、根据一个或多个活动图表达的运行场景，确定产品运行场景下的系统外部接口，建立内部模块图；
17.步骤s25、将利益攸关者需求与sysml模型相关联，构建需求图；
18.步骤s26、确定被应用验证软件在运行过程中的动态行为、参数变化是否与需求一致。
19.优选的是，步骤s26中，通过构建状态图或者参数图确定被应用验证软件在运行过程中的动态行为、参数变化是否与需求一致。
20.优选的是，步骤s3中，确定各下级系统的接口包括：
21.步骤s31、在被验证软件中以模块定义图的形式定义产品的白盒系统架构；
22.步骤s32、根据产品的白盒系统架构，进行产品系统功能分解与分配，建立活动图，并将产品运行的活动分配到各个下级系统中；
23.步骤s33、确定下级系统之间以及下级系统与外部参与者之间的交互行为；
24.步骤s34、通过构建内部块图，定义出产品下级系统的接口。
25.优选的是，步骤s33中，通过建立顺序图确定下级系统之间以及下级系统与外部参与者之间的交互行为。
26.优选的是，步骤s4中，通过需求图表达下级系统功能与需求的关联关系。
27.本技术可以充分验证软件自身支撑产品正向研发的优势与劣势。
附图说明
28.图1是sysml语言涉及的9种图。
29.图2为harmonyse建模方法流程图。
30.图3为本技术sysml语言建模软件的应用验证方法的一优选实施例的应用验证方法流程示意图。
31.图4为应用验证方法实施案例流程图。
32.图5为需求条目示意图。
33.图6为汽车产品功能逻辑架构示意图。
34.图7为安全气囊工作用例示意图。
35.图8为安全气囊弹出活动图。
36.图9为安全气囊弹出顺序图。
37.图10为安全气囊弹出内部模块图。
38.图11为安全气囊弹出需求图。
39.图12为安全气囊弹出状态图。
40.图13为汽车产品架构模块定义图。
41.图14为安全气囊弹出白盒活动图。
42.图15为安全气囊弹出白盒顺序图。
43.图16为安全气囊弹出下级系统需求图。
44.图17为产品下级系统需求回溯示意图。
具体实施方式
45.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，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方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
46.本技术提供了一种sysml语言建模软件的应用验证方法，如图3所示，主要包括：
47.步骤s1、确定被应用验证软件的产品利益攸关者需求条目；
48.步骤s2、对每一条利益攸关者需求条目进行黑盒分析，通过构建需求图确定被应用验证软件在运行过程中的动态行为、参数变化是否与需求一致；
49.步骤s3、对被应用验证软件进行白盒建模，确定与所述利益攸关者需求条目对应的系统的各下级系统的接口；
50.步骤s4、根据下级系统的功能，确定下级系统的需求，并使所述下级系统的需求与所述利益攸关者需求的下级需求一致。
51.本技术主要验证sysml语言建模软件(以下称为：被应用验证软件)是否具备支撑目标产品正向研发的能力，分为四个阶段，如图4所示，步骤s1在产品需求开发阶段执行：使用需求开发与管理软件分析并定义产品利益攸关者需求条目。根据利益攸关者需求，在被应用验证软件中分解产品实现的功能逻辑模型组织架构。最后将利益攸关者需求条目从需求开发与管理软件导入到被应用验证软件中。步骤s2在产品级建模阶段执行：为实现利益攸关者需求，在被验证软件中进行黑盒分析。黑盒分析根据利益攸关者的需求，首先进行用例分析，确定用例的数量与种类；根据用例，进行产品功能流程与运行场景分析，建立活动图，并根据活动图建立对应的顺序图；根据一个或多个活动图表达的运行场景，定义产品运行场景下的系统外部接口，建立内部模块图；通过需求表/图，将利益攸关者需求与sysml模型相关联；最后通过参数图、状态图，进行系统状态分析与验证；步骤s3在架构定义阶段执行：在被验证软件中进行白盒建模。首先进行系统架构分析与定义，在被验证软件中以模块定义图的方式定义产品的白盒系统架构；进行产品系统功能分解与分配，建立活动图，根据产品系统架构中的各下级系统，将产品运行的活动分配到各个下级系统中；通过建立顺序图，定义产品下级系统之间的交互场景；根据一个或多个活动图表达的系统功能分配关系，通过构建内部块图，定义出产品下级的接口；步骤s4在需求分配阶段执行：针对架构定义阶
段的活动图及顺序图中识别出每个下级系统的功能，定义出下级系统的需求，并通过需求图表达下级系统功能与需求的关联关系。
52.在此应用验证流程中，如被验证软件的功能与性能在工程人员能接受的范围内支持完成以上全部应用验证流程，并无发现被验证软件存在bug、sysml模型建立功能缺失及严重的易用性问题，即可从支撑产品正向研发的角度，认为该sysml语言建模软件通过了应用验证
53.以一种汽车产品的正向研发为例，基本流程如图4所示，在产品需求开发阶段，首先以市场调研等方式收集利益攸关者(如潜在用户、客户组织、相关监管机构、研发生产单位及相关利益组织)对汽车产品的“需要”信息(可以是模糊的、没有确定功能/性能要求的信息集合)。按照系统工程的方法将“需要”信息分析、定义为利益攸关者“需求”信息(具有确定功能/性能要求的信息)，并使用需求开发与管理软件将之定义为有限数量、功能与性能需求明确的的条目化文件，称为“需求条目”，如图5所示。之后根据利益攸关者需求条目，在被验证软件中分解产品实现的功能逻辑模型组织架构，这个过程通过包图(pkg)实现，如图6；最后，将利益攸关者需求条目通过与被验证软件通讯(自动导入)，或以手动导入的方式导入到被验证软件中(图5为自动导入后的结果)。
54.在产品级建模阶段，进行黑盒分析，在一些可选实施方式中，步骤s2中，所述黑盒分析包括：
55.步骤s21、确定用例的数量和种类；
56.步骤s22、根据用例，构建反映产品功能流程与运行场景的活动图；
57.步骤s23、根据活动图建立对应的顺序图；
58.步骤s24、根据一个或多个活动图表达的运行场景，确定产品运行场景下的系统外部接口，建立内部模块图；
59.步骤s25、将利益攸关者需求与sysml模型相关联，构建需求图；
60.步骤s26、确定被应用验证软件在运行过程中的动态行为、参数变化是否与需求一致。
61.在一些可选实施方式中，步骤s26中，通过构建状态图或者参数图确定被应用验证软件在运行过程中的动态行为、参数变化是否与需求一致。
62.在上述实施例中，(a)根据利益攸关者需求条目，首先进行用例分析，对产品及其各系统提供的服务进行分析，确定用例的数量与种类以表达参与者、用例及系统边界之间的关系，这个过程通过用例图(uc)实现。如根据需求条目“汽车应配备安全气囊，在遭受撞击的时候打开”，构建用例图如图7。之后(b)根据各类用例，进行产品功能流程与运行场景分析，使用活动图(act)描述产品及各系统实现功能的过程，如图8，并根据活动描述的功能流程，使用顺序图(sd)定义在各个场景下，产品的各个系统、产品/系统与参与者之间是的信息交互过程，如图9。之后，根据一个或多个活动图表达的运行场景，定义产品运行场景下的系统外部接口，建立内部模块图(ibd)，如图10；通过需求图(req)，将利益攸关者需求与sysml模型相关联，确保建立的sysml模型真实、完整反映利益攸关者的需求，如图11；最后通过系统状态分析与验证，分析系统在运行过程中的动态行为、参数变化是否与我们期望的行为保持一致，这个过程通过状态图(stm)或者参数图(par)实现，如图12。
63.步骤s3为架构定义阶段，该阶段进行白盒分析，确定下级系统的接口及需求。
64.在一些可选实施方式中，步骤s3中，确定各下级系统的接口包括：
65.步骤s31、在被验证软件中以模块定义图的形式定义产品的白盒系统架构；
66.步骤s32、根据产品的白盒系统架构，进行产品系统功能分解与分配，建立活动图，并将产品运行的活动分配到各个下级系统中；
67.步骤s33、确定下级系统之间以及下级系统与外部参与者之间的交互行为；
68.步骤s34、通过构建内部块图，定义出产品下级系统的接口。
69.在一些可选实施方式中，步骤s33中，通过建立顺序图确定下级系统之间以及下级系统与外部参与者之间的交互行为。
70.上述实施例中，首先进行系统架构分析与定义，设计人员自行识别产品的关键系统功能，定义产品架构的多种解决方案，通过某种评判准则权衡分析，确定产品架构的解决方案,在被验证软件中以模块定义图(bdd)的形式定义产品的白盒系统架构，如图13；之后根据产品的白盒系统架构，进行产品系统功能分解与分配，建立活动图(act)，根据产品系统架构中的各下级系统，将产品运行的活动分配到各个下级系统中，如图14；通过建立顺序图(sd)，定义产品下级系统之间的交互场景，分析下级系统之间以及下级系统与外部参与者之间的交互行为，进而得到下级系统一级的端口与接口，如图15；最后根据一个或多个活动图表达的系统功能分配关系，通过构建内部块图(ibd)，定义出产品下级系统的接口。
71.步骤s4为需求分配阶段，在一些可选实施方式中，步骤s4中，通过需求图表达下级系统功能与需求的关联关系。
72.上述实施例中，针对架构定义阶段的活动图及顺序图中识别出每个下级系统的功能，定义出下级系统的需求，并通过需求图(req)表达下级系统功能与需求的关联关系，如图16。该实施例中，定义的产品下级系统需求应够回溯至需求开发与管理软件中，确保其同时成为利益攸关者需求的下级需求，如图17。
73.综上，如被验证软件能实现以上全部应用验证流程，并无法发现被验证软件存在bug、sysml模型建立功能缺失及严重的易用性问题，即可从支撑产品正向研发的角度，认为该sysml语言建模软件通过了应用验证。
74.按照基于模型的系统工程理论，在完成需求分配之后，应继续开展下级系统状态分析验证及向下级系统继续传递。
75.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种sysml语言建模软件的应用验证方法，其特征在于，包括：步骤s1、确定被应用验证软件的产品利益攸关者需求条目；步骤s2、对每一条利益攸关者需求条目进行黑盒分析，通过构建需求图确定被应用验证软件在运行过程中的动态行为、参数变化是否与需求一致；步骤s3、对被应用验证软件进行白盒建模，确定与所述利益攸关者需求条目对应的系统的各下级系统的接口；步骤s4、根据下级系统的功能，确定下级系统的需求，并使所述下级系统的需求与所述利益攸关者需求的下级需求一致。2.如权利要求1所述的sysml语言建模软件的应用验证方法，其特征在于，步骤s2中，所述黑盒分析包括：步骤s21、确定用例的数量和种类；步骤s22、根据用例，构建反映产品功能流程与运行场景的活动图；步骤s23、根据活动图建立对应的顺序图；步骤s24、根据一个或多个活动图表达的运行场景，确定产品运行场景下的系统外部接口，建立内部模块图；步骤s25、将利益攸关者需求与sysml模型相关联，构建需求图；步骤s26、确定被应用验证软件在运行过程中的动态行为、参数变化是否与需求一致。3.如权利要求2所述的sysml语言建模软件的应用验证方法，其特征在于，步骤s26中，通过构建状态图或者参数图确定被应用验证软件在运行过程中的动态行为、参数变化是否与需求一致。4.如权利要求1所述的sysml语言建模软件的应用验证方法，其特征在于，步骤s3中，确定各下级系统的接口包括：步骤s31、在被验证软件中以模块定义图的形式定义产品的白盒系统架构；步骤s32、根据产品的白盒系统架构，进行产品系统功能分解与分配，建立活动图，并将产品运行的活动分配到各个下级系统中；步骤s33、确定下级系统之间以及下级系统与外部参与者之间的交互行为；步骤s34、通过构建内部块图，定义出产品下级系统的接口。5.如权利要求4所述的sysml语言建模软件的应用验证方法，其特征在于，步骤s33中，通过建立顺序图确定下级系统之间以及下级系统与外部参与者之间的交互行为。6.如权利要求1所述的sysml语言建模软件的应用验证方法，其特征在于，步骤s4中，通过需求图表达下级系统功能与需求的关联关系。

技术总结
本申请属于软件验证技术领域，特别涉及一种SysML语言建模软件的应用验证方法。该方法包括：步骤S1、确定被应用验证软件的产品利益攸关者需求条目；步骤S2、对每一条利益攸关者需求条目进行黑盒分析，通过构建需求图确定被应用验证软件在运行过程中的动态行为、参数变化是否与需求一致；步骤S3、对被应用验证软件进行白盒建模，确定与所述利益攸关者需求条目对应的系统的各下级系统的接口；步骤S4、根据下级系统的功能，确定下级系统的需求，并使所述下级系统的需求与所述利益攸关者需求的下级需求一致。本申请可以充分验证软件自身支撑产品正向研发的优势与劣势。产品正向研发的优势与劣势。产品正向研发的优势与劣势。


技术研发人员：张斯亮 王鸿庆 高宏帅
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/10/6