基于模型的系统工程――综合运用OPM和SysML

多夫?多里（Dov Dori）教授，就职于以色列理工学院工程工业与管理系&企业系统建模实验室，同时是麻省理工学院信息与系统工程系客座教授。（1）研究领域：基于模型的系统工程，复杂系统概念建模，系统工程概念建模，系统架构设计，软件工程，系统生物学。（2）突出著作：《新ISO19450标准：对象过程方法论（OPM）》对象过程方法论（简称OPM）是一种实现简约表达的方法或者语言，是对建模和自动化系统知识体现的方法论。从基本部件简单组装到复杂多学科动态系统，OPM都有应用，且主要适用于依靠信息工具或者计算机技术实现或者支持的领域。（3）成就地位：9个国际会议或研讨会主席IAPR模式分析和机器智能学报 副主编系统工程副主编     IAPR国际模式识别协会 研究员INCOSE系统工程国际委员会 研究员ΩΑ国际系统工程荣誉协会会员IEEE电气电子工程师学会高级会员IEEE MBSE技术委员会 主席ACM计算机协会高级会员
杨峰，国防科学技术大学信息系统与管理学院教授，科研方向：体系工程与体系仿真，重点研究复杂系统/体系架构建模、计算实验、仿真评估、知识挖掘、认知演化计算等理论方法；

目 录
第一部分 基于模型的系统工程入门
第1章 开始建模 1
1．1 事故自动响应系统 2
1．2 OPM功能作为种子原理 2
1．3 识别系统功能 3
1．4 识别系统受益者 3
1．5 过程变换对象 4
小结 4
习题 5
第2章 文本描述和仿真推演 6
2．1 OPL――英语的一个子集 6
2．2 状态和推演 7
2．2．1 过程对对象的影响 7
2．2．2 从隐式影响到显式状态变化 8
2．2．3 状态命名 8
2．3 OPM模型的仿真推演 9
小结 9
习题 10
第3章 用链接联系事物 11
3．1 过程链接与结构链接 11
3．2 添加支持对象 11
3．2．1 添加主体和主体链接 12
3．2．2 添加手段和手段链接 12
3．3 添加结构链接 13
3．4 物理事物与信息事物 14
3．5 模型的事实和OPL段落 14
3．6 环境事物与系统事物 15
3．7 初始状态和终止状态 16
3．8 触发状态和事件链接 17
小结 17
习题 18

第4章 SysML――用例图、模块图、状态机图 19
4．1 SysML用例图 19
4．2 SysML模块和模块图 21
4．3 SysML状态机图 22
小结 23
习题 24
第5章 通过放大进行细化 25
5．1 测量事故严重程度 25
5．2 放大：在一个新OPD图中细化一个过程 25
5．3 OPD对象过程图树 26
5．4 OPM模型事实表示原理 27
5．5 事故严重程度属性及其测量 27
5．6 系统模拟：推演测试 28
小结 29
习题 29
第6章 系统的动态行为 30
6．1 在轻度毁伤时退出 30
6．2 消息创建和发送 31
6．3 过程执行顺序：OPM时间轴原理 31
6．4 救援来了 32
6．5 当前设计的执行线程 33
小结 33
习题 34
第7章 控制系统的行为 35
7．1 布尔对象作为分支条件 35
7．2 条件链接与手段链接 36
7．3 继承关系 37
7．4 放大到事故严重程度测量 38
7．5 参与约束 39
7．6 逻辑运算符：OR与XOR 39
7．7 事故严重程度测量过程的细化 39
7．8 事物的范围：信号作为临时对象 39
7．9 诊断如何完成 40
小结 41
习题 41
第8章 抽象和细化 43
8．1 放大――在新图中细化过程 43
8．2 放大后的消息处理过程 45
8．3 ACR系统结构视图 46
小结 47
习题 47

第二部分 OPM与SysML基础
第9章 概念建模――目的与背景 50
9．1 系统、模型和系统工程 50
9．1．1 科学与工程的异同点 50
9．1．2 概念建模和基于模型的系统工程 51
9．2 一种基础的系统工程OPM本体 51
9．2．1 何为对象存在和过程发生及一些启发性的Q＆A 52
9．2．2 对象-过程定理 53
9．2．3 对象-过程推论 53
9．2．4 对象-过程断言：OPM基础 53
9．2．5 为什么不止用一种事物？图形是否由节点和连接构成 54
9．2．6 OPM事物重要度原理 54
9．3 对象、状态、变换和过程的定义 55
9．4 系统及相关概念 55
9．4．1 默认的系统定义 57
9．4．2 参与者―利益相关方、受益者、客户、用户和供货商 58
9．4．3 系统资源：自然资源或人工资源 58
9．4．4 功能、结构和行为 59
9．4．5 结构―行为同步建模需求 59
9．4．6 系统架构 60
9．4．7 系统环境及事物联系 60
9．4．8 功能与行为 60
9．5 语言和建模 61
9．5．1 模型和建模 61
9．5．2 形式化模型与非形式化模型 61
9．5．3 复杂度管理 62
小结 62
习题 63
第10章 事物――对象与过程 64
10．1 面向对象与对象过程法 64
10．2 存在、事物和变换 64
10．2．1 对象细化 65
10．2．2 对象和人类记忆 65

10．3 对象标识 66
10．3．1 信息对象的标识 66
10．3．2 过程作为一个变换的隐喻 66
10．3．3 过程定义细化 66
10．3．4 变换对象的概念 67
10．3．5 因与果 67
10．4 语法和语义对比 68
10．4．1 对象和过程是否为名词和动词的语义类似物 68
10．4．2 语法语义对比分析句子 68
10．4．3 前置对象集 69
10．4．3 后置对象集 70
10．4．4 相关对象集 71
10．5 OPM过程链接独特性原理 71
10．6 过程的判定 74
10．6．1 变换对象标准 74
10．6．2 时变特性标准 74
10．6．3 动词关联标准 75
10．6．4 OPM模型的过程测试系统 75
10．7 OPM元素命名 75
10．7．1 首字母大写、加粗、短语和命名 76
10．7．2 OPM命名独特性原理 76
10．7．3 过程命名 77
10．8 事物的定义 77
10．9 OPM事物的性质 78
10．10 事物的临界情况 79
10．10．1 保持状态的过程 80
10．10．2 如何利用结构链接对状态保持过程建模 80
10．10．3 瞬态对象及其替代――激活链接 81
10．11 运算符、运算对象和变换 81
小结 82
习题 83
第11章 对象过程语言――文本描述 84
11．1 OPL――文本描述 84
11．2 OPL的两个目的 84
11．2．1 面向人类的OPL 84
11．2．2 面向机器的OPL 85
11．3 OPM图、文等价原理 85
11．4 OPM模型结构的元模型 85
11．5 OPL的保留短语和非保留短语 87
11．6 OPM双模式描述的动机 88
11．6．1 双通道假设 88
11．6．2 双模式描述的好处 89
11．6．3 吸引客户――社会方面 89
11．6．4 消除需求、设计之间的鸿沟 90
11．7 世界语――人类可读的自动生成的文本 90
小结 90
习题 91
第12章 SysML――基础和视图 92
12．1 UML――统一建模语言 92
12．2 SysML的支柱 93
12．3 需求视图 94
12．4 模块和结构 94
12．5 活动图 95
12．5．1 活动中动作的展开 95
12．5．2 接收、发送和时间事件行动节点 97
12．6 序列图 97
12．7 需求图 99
12．8 参数图和约束属性块 101
12．9 SysML与OPM比较 103
12．9．1 过程作为“一等公民” 104
12．9．2 物理事物和信息事物 104
12．9．3 模型视图多样性与模型视图统一性 104
12．9．4 图形描述与图文结合描述 104
12．9．5 活动图与对象过程图 105
12．9．6 活动图中的控制流与对象过程图 106
12．9．7 需求图与OPM的需求描述 106
12．10 SysML与OPM的综合运用 107
小结 108
习题 108
第13章 系统动态特性 109
13．1 变换和影响 109
13．2 存在与变换 109
13．2．1 创建与消耗：对象状态变换的极端情况 109
13．2．2 状态变化还是特性变化 111
13．2．3 生物的变换 111
13．2．4 人工对象的变换 112
13．3 过程链接 113
13．3．1 变换与相应的过程链接 113
13．3．2 变换对象 113
13．4 变换链接 114
13．4．1 消耗和结果生成的时间 115
13．4．2 影响链接的演变 115
13．5 支持链接 116
13．5．1 主体――人类支持对象 116
13．5．2 手段――非人类支持对象 117
13．5．3 支持链接：主体和手段链接 117
13．5．4 支持对象与影响对象 118
13．6 前置和后置对象集 119
13．7 特定状态的过程链接 120
13．8 特定状态的支持链接 120
13．9 特定状态的变换链接 122
13．10 特定状态的影响链接 123
小结 126
习题 128
第14章 系统结构特性 130
14．1 结构关系 130
14．1．1 关注二元关系 130
14．1．2 正向和反向结构关系 131
14．1．3 结构链接与结构关系 132
14．1．4 结构标签和带标签的结构链接 132
14．1．5 带标签的双向结构链接 133
14．2 结构关系的对称性和传递性 134
14．2．1 结构关系的对称性 134
14．2．2 结构关系的传递性 135
14．2．3 空标签、空结构链接及其默认OPL短语 136
14．2．4 特定型号的空标签 137
14．3 结构关系作为状态保持过程 137
小结 138
习题 139
第15章 参与约束和分支 140
15．1 结构和过程参与约束 140
15．2 结构参与约束 140
15．2．1 参数化结构参与约束 141
15．2．2 范围参与约束 141
15．3 速记符和保留字 142
15．4 基数 143
15．4．1 四种常见的基数类 143
15．4．2 16种基数类 144
15．5 过程参与约束 144
15．5．1 参数化过程参与约束 145
15．5．2 支持对象和变换参与约束 145
15．6 结构关系的分配律 146
15．7 分支、柄和齿 147
15．8 齿事物集 149
15．8．1 分支度 149
15．8．2 分支完备性 150
15．8．3 分支有序性 151
15．8．4 齿事物集排序规则 152
小结 152
习题 153
第16章 基本结构关系 154
16．1 关系符号和参与者 154
16．2 关系命名和OPL语句 155
16．3 结构层次、传递性和用户自定义符号 155
小结 156
习题 156

第三部分 结构和行为
第17章 组成关系 157
17．1 基本概念 157
17．1．1 完形理论 158
17．1．2 整体论和涌现 158
17．1．3 分解的深度 158
17．1．4 用“consists of”（由……组成）而不是“has a”（有） 158
17．2 组成关系作为分支 159
17．3 语义Web实例 160
17．4 组成关系命名 161
17．5 UML和SysML中强组成关系与弱组成关系 162
17．6 表示部分的顺序 163
17．7 组成关系和带标签的结构关系 164
17．8 非完备的组成关系 165
17．9 参数化的部分约束――微语言 167
小结 169
习题 169
第18章 表征关系 171
18．1 事物和特征 171
18．2 属性和操作：两类特征 172
18．3 UML/SysML和OPM中特征的对比 173
18．4 OPM事物和特征命名的唯一性 174
18．5 四类表征关系 175
18．5．1 对象-属性组合 175
18．5．2 对象-操作组合 176
18．5．3 过程-属性组合 176
18．5．4 过程-操作组合 177
18．6 基本的结构层次 178
18．7 属性命名问题 179
18．8 特征和链接的属性 180
18．8．1 显式度 180
18．8．2 模式 180
18．8．3 模糊度――定量属性的属性 181
18．8．4 涌现性 181
18．8．5 链接同质性属性 181
小结 182
习题 182
第19章 状态与取值 183
19．1 状态定义 183
19．1．1 状态示例 183
19．1．2 初始状态、终止状态和默认状态 183
19．2 状态隐藏和显示 184
19．3 取值：状态的数值化 185
19．4 状态转移：当过程起作用 186
19．5 路径标签和触发器 188
19．6 大脑“自组织临界”模型 190
19．7 特定状态的结构链接定义 191
19．8 复合状态与状态空间 194
19．8．1 OPL中的多重条件分句 195
19．8．2 使用过程确定复合状态 195
小结 196
习题 196
第20章 继承关系与实例关系 197
20．1 继承与实例化：简介 197
20．2 继承 199
20．2．1 从候选特殊事物创建一般事物 200
20．2．2 特征的继承 200
20．2．3 结构关系的继承 201
20．2．4 状态和链接继承 201
20．3 通过辨别属性来特殊化 202
20．4 特定状态的表征链接 203
20．5 类型-实例 204
20．5．1 类型与实例 204
20．5．2 实例化与特殊化 205
20．6 实例的相对性 205
20．7 约束属性值 206
20．8 过程实例 207
小结 208
习题 209
第21章 复杂性管理――细化与抽象 210
21．1 复杂性管理的需求 210
21．2 模型复杂度声明 211
21．3 基于侧面与基于细节分解 211
21．4 完备性和简明性的权衡 212
21．5 状态显示和状态隐藏 213
21．6 展开和折叠 214
21．7 图内展开和新图展开 215
21．8 端口折叠 215
21．9 放大和缩小 216
21．9．1 图内放大和新图放大 217
21．9．2 对象的放大和缩小 217
21．10 同步和异步过程细分 218
21．11 放大和展开的对等 219
21．12 系统框图和最终对象过程图 220
21．13 OPD对象树和对象林 222
21．14 缩小 223
21．15 简化一个OPD 224
21．16 考虑过程链接优先级的抽象 226
21．16．1 变换链接间的优先级 226
21．16．2 变换链接和支持链接间的优先级 227
21．16．3 同类非控制链接和控制链接之间的优先级 227
21．16．4 过程链接优先级的总结 228
21．17 放大时的链接迁移 228
21．18 视图创建：第四类细分机制 228
21．19 自中间向两头作为架构设计的常见做法 229
21．19．1 OPM能够满足方法混合使用的需要 229
21．19．2 何时需要创建一个新的OPD 229
21．20 OPM系统模型中的导航 230
21．20．1 OPM图的标号和树边的标号 230
21．20．2 整体系统的OPL规范 230
小结 231
习题 232
第22章 OPM操作语义和控制链接 234
22．1 事件―条件―动作控制机制 234
22．2 前置条件、过程前置对象集和后置对象集 235
22．3 控制链接的种类 235
22．4 事件链接 235
22．4．1 通过事件链接激活非首子过程 236
22．4．2 支持事件链接和变换事件链接 236
22．4．3 特定状态的支持和变换事件链接 237
22．4．4 激活链接 238
22．5 条件链接 239
22．5．1 跳过语义优先于等待语义 239
22．5．2 条件变换链接 240
22．5．3 条件支持链接 241
22．5．4 特定状态的条件变换链接 241
22．5．5 特定状态的条件支持链接 242
22．6 异常链接 243
22．6．1 过程的持续时间及其分布 243
22．6．2 超时异常链接 244
22．6．3 欠时异常链接 244
22．7 变换率 246
22．8 基于OPM的运算 246
22．9 集合和反复 248
22．10 放大过程语境中的操作语义 248
22．10．2 隐性平行激活链接集 250
22．10．3 跨过程语境的链接分配率 251
22．10．4 分离的特定状态的链接对 253
22．11 相关对象集实例变换 254
22．12 UML的对象约束语言 254
小结 255
习题 256
第23章 逻辑算子与概率 257
23．1 逻辑“与”的过程链接 257
23．2 逻辑“非” 258
23．3 逻辑“异或”与“或”链接符 259
23．3．1 逻辑“异或”运算符 260
23．3．2 逻辑“或”运算符 260
23．4 分散和汇聚“异或”和“或”链接 261
23．5 “异或”组合和“或”组合 264
23．5．1 组合型“异或” 264
23．5．2 组合“或” 265
23．6 逻辑“异或”与“或”：特定状态的链接扇形 265
23．6．1 控制修饰链接扇形 266
23．6．2 特定状态的控制修饰链接扇形 266
23．7 多控制链接的“或”语义 267
23．8 链接概率和概率链接扇形 268
小结 270
习题 271
第24章 ISO 19450标准概述 272
24．1 The ISO 19450 介绍 272
24．2 ISO 19450术语、定义和符号 273
24．3 OPM原理和概念 274
24．4 ISO 19450的4个附件 276
24．4．1 附录A“规范：基于EBNF形式的OPL规范语法” 276
24．4．2 附录B“提示：OPM指南” 277
24．4．3 附录C“提示：运用OPM的OPM建模” 277
24．4．4 附录D“信息：OPM的动态性和仿真性” 279
附：OPM原理一览 280
参考文献 282