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Plan
Introduc)ontoSystemEngineering
TheSysMLlanguage
TowardandintegratedMBSE
Conclusion
Acasestudy
2NicolasBelloir 11décembre2016
SystemEngineering
NotSo5wareEngineering…
…BeforeSo5wareEngineering!
Ford1911
AT&T1940
USARMY1962
3NicolasBelloir 11décembre2016
SystemEngineering
NotSo5wareEngineering…
…BeforeSo5wareEngineering!
Inthedevelopmentprocess
So5.Eng.Oneofthesub-systems
4NicolasBelloir 11décembre2016
AComplexSystem
Setofhumanandmaterialelementscomposedofvarioustechnologies Computer,Hydraulic,Electronic,…
Integratedtoprovideservicestoitsenvironmentcorrespondingtothesystemfinality
Interac)ngbetweenthemselvesandtheenvironment
AcomplexsystemisverydifferentfromasimplesoBwaresystem
Aerodynamics
Authorities
Avionics
Safety Regulations
Airlines
Propulsion System
Mechanical Structure
Environmental Impact
Navigation Communications
Human-Machine
Interaction
5
Multipleconcerns,
stakeholders, tools and methods
©B.Combemale
6
Aerodynamics
Authorities
Avionics
Safety Regulations
Airlines
Propulsion System
Mechanical Structure
Environmental Impact
Navigation Communications
Human-Machine
Interaction
Heterogeneous Modeling
©B.Combemale
7NicolasBelloir 11décembre2016
SystemModeling
7
Requirements Functional and/or Behavioural Model
Ground Take Off
Landing Flying
Structural Model
Engine Flying Command
Brakes Flaps
Performance Model
Data Acquisition
Equations
Reactions
Other Engineering Analysis Models
Cost Model
Security Model
Business Model
…
? OK
8NicolasBelloir 11décembre2016
SystemsofSystems
Asystem ShouldmanageinteracZonsbetweenparts
Supportexpectedbehavior Handleunexpectedones
9NicolasBelloir 11décembre2016
SEpracZcesformodelingsystems
SpecificaZons RequirementDefiniZon SystemDesign
Analysis TestPlans
After
Before*
Moving from Document centric To Model centric
Generatelotofwri)ngwork
Notadaptedtodiscusswithinamul)-domainteam
• 2001, Human Centrifuge, DO 178 B
• Total documenation : 1.2 m hight
EasytoreadAdapted to numerous team
“neutral” language Only one source
10NicolasBelloir 11décembre2016
DoesUMLgoodenoughformodelingsystems?
UMLagoodbasis DefactostandardinSo5wareEngineering Providesalotofusefulconceptstodescribeacomplexsystem Stableandextensible-canbeadaptedfortheSEneeds Lotofavailabletools
But… LackofseveralkeyconceptsofSE UMLvocabularyistoo«so5ware-like»tobeusedbySystemEngineers
Toomanydiagrams(13differentkinds)
=>SysML
Plan
Introduc)ontoSystemEngineering
TheSysMLlanguage
TowardandintegratedMBSE
Conclusion
Acasestudy
12NicolasBelloir 11décembre2016
SysML:idenZtycard
Dateofbirth:2001!
Currentversion:1.4(September2015)
Parents OMG/UML+INCOSE
Leadingauthors ConradBock CrisKobryn SanfordFriedenthal
13NicolasBelloir 11décembre2016
SysML/UML
RelaZonshipbetweenthetwo
14NicolasBelloir 11décembre2016
SysML:who’sbehind
Industry AmericanSystems,BAESystems,Boeing,Deere&Company,EADSAstrium,Eurostep,IsraelAircra5Industries,LockheedMarZn,Motorola,NIST,NorthropGrumman,oose.de,Raytheon,Thales,…
Toolvendors ArZsan,EmbeddedPlus,Gentleware,IBM,MentorGraphics,PivotPointTechnology,SparxSystems,vitech,…
OtherorganisaZons AP-233,INCOSE,GeorgiaInsZtuteofTechnology,AFIS,…
15NicolasBelloir 11décembre2016
UML:13diagrams(in2001)
16NicolasBelloir 11décembre2016
SysML:13-7+2=9diagrams
16
Block Definition Diagram
Internal Block Diagram
Parametric Diagram
Requirement Diagram
17NicolasBelloir 11décembre2016
SysMLdiagrams
17 Master Technologies de l'Internet - 2ième année 17
Same as UML
Modified from UML
New
18NicolasBelloir 11décembre2016
SysMLdiagramframes
EachSysMLdiag.representsamodelelement
EachSysMLdiag.musthaveaDiagramFrame Diagramcontextisindicatedintheheader: Diagramkind(req,act,bdd,ibd,sd,etc.)
Modelelementtype(package,block,acZvity,etc.)
Modelelementname Userdefineddiagramnameorviewname
AseparatediagramdescripZonblockisusedtoindicateifthediagramiscomplete,orhaselementselided
19NicolasBelloir 11décembre2016
SysMLdiagramframes(e.g.)
header
content
diag. type diag. name
20NicolasBelloir 11décembre2016
SysMLstructurediagrams
Package BlockDefini)on InternalBlock Parametric
21NicolasBelloir 11décembre2016
BlockDefiniZonDiagrams(bdd)
Classesaredead…welcometoblocks! Canbeanything(System,Hardware,So5ware,Data,Procedure,Facility,Person)
SaZsfySystemsEngineers
22NicolasBelloir 11décembre2016
BlockDefiniZonDiagrams(bdd)
Compartments ProperZes OperaZons Constraints AllocaZons Requirements
Userdefined!
BlocksDefiniZonDiagrams DescriberelaZonsbetweenblocks(composiZons,generalizaZons…)
InternalBlockDiagrams Describeinternalablockstructurewithparts,portsetconnecteurs
BlockDefiniZonvs.Usage
24NicolasBelloir 11décembre2016
SysMLPorts(cont.)
25NicolasBelloir 11décembre2016
SysMLPorts(delegaZon)
topreserveencapsulaZonofblock
interacZonsatouterportsaredelegatedtoportsofchildparts
portsmustmatch samekind,type,direcZon,etc.
connectorscancrossboundarywithoutrequiringportsateachlevelofnestedhierarchy
26NicolasBelloir 11décembre2016
SysMLPorts(e.g.)
27NicolasBelloir 11décembre2016
SysMLPorts(e.g.)
28NicolasBelloir 11décembre2016
ParametricDiagrams(par)
ToexpressconstraintsbetweenvalueproperZes equaZons supportforengineeringanalysis(e.g.,performance) idenZficaZonofcriZcalperformanceproperZes
ConstraintblockcapturesequaZons Expressionlanguagecanbeformal(e.g.,MathML,OCL)
ComputaZonalengineisnotprovidedbySysML
Parametricdiagram usageoftheconstraintsinananalysiscontext
29NicolasBelloir 11décembre2016
Parametrics(e.g.1)
30NicolasBelloir 11décembre2016
Parametrics(e.g.2)
31NicolasBelloir 11décembre2016
SysMLbehavioraldiagrams
UseCase Sequence StateMachine
Ac)vity
32NicolasBelloir 11décembre2016
StateMachineDiagrams(stm)
FewmodificaZons
33NicolasBelloir 11décembre2016
AcZvityDiagrams(act)
Tospecify controlledsequenceofacZons theflowofinputs/outputs control,includingsequenceandcondiZonsforcoordinateacZviZes
Swimlanes toshowresponsibilityoftheacZvity
34NicolasBelloir 11décembre2016
AcZvityDiagrams(cont.)
ImprovementsfromUML:
conZnuousordiscreteflow
controloperators tostart/stopotheracZons
OverwriteandNoBufferports forconZnuousflows
probabiliZesontransiZonsorparameters
35NicolasBelloir 11décembre2016
AcZvityDiagrams(e.g.)
36NicolasBelloir 11décembre2016
AcZvityDiagrams(e.g.)
37NicolasBelloir 11décembre2016
SysMLcross-cuongconstructs
AllocaZon
RequirementDiagrams
38NicolasBelloir 11décembre2016
AllocaZon
Generalrela)onshipbetweentwoelementsofthemodel
DifferentkindsofallocaZon: FuncZonality-component
Logicalcomponent–physicalcomponent
So#ware–hardware …
Usableinalotofdifferentdiagrams
UsableundergraphicalortabularrepresentaZon
39NicolasBelloir 11décembre2016
AllocaZon(e.g.)
Useofswimlanes
40NicolasBelloir 11décembre2016
NotaZonsamples
41NicolasBelloir 11décembre2016
AllocaZonfromso5waretohardware
42NicolasBelloir 11décembre2016
AllocaZonexplicitedecomportements
• UZlisaZondesswimlanes(parZZons)
43NicolasBelloir 11décembre2016
RequirementDiagrams(req)
<<requirement>>allowstorepresentatextbasedrequirement IncludesoneidenZfieridandsometextualproperZes CanadduserdefinedproperZes Canadduserdefinedrequirementcategories
Requirementscanbe decomposed specialized
RequirementrelaZonships «deriveRqt»,«refine» «saZsfy»,«verify» «trace»,«copy»
44NicolasBelloir 11décembre2016
RequirementDiagrams(e.g.)
45NicolasBelloir 11décembre2016
RaZonalandProblems
46NicolasBelloir 11décembre2016
RequirementsTables
47NicolasBelloir 11décembre2016
ThefourpillarsofSysML
48NicolasBelloir 11décembre201648
Links
Plan
Introduc)ontoSystemEngineering
TheSysMLlanguage
TowardandintegratedMBSE
Conclusion
Acasestudy
©LauraE.Hart,IntroducZonToModel-BasedSystemEngineering(MBSE)andSysML,INCOSEChapterMeeZng,July302015
50NicolasBelloir 11décembre2016
IntroducZon
SysMLnotaZonandtoolsarenotenough
Documentation Tools
Requirements Tools
Analysis Tools
Collaborative Tools
SysML DOORS, Goal, … Doc2Gen, asciidoc, LaTeX, …
MatLab, Simulink, … Redmine, ModelBus, SVN, Git
Rhapsody, Topcased, …
51NicolasBelloir 11décembre2016
Model-basedSystemsEngineering
“Model-basedsystemsengineering(MBSE)istheformalizedapplicaZonofmodelingtosupportsystemrequirements,design,analysis,verificaZonandvalidaZonacZviZesbeginningintheconceptualdesignphaseandconZnuingthroughoutdevelopmentandlaterlifecyclephases.”
INCOSESEVision2020(INCOSE-TP-2004-004-02,Sep2007)
52NicolasBelloir 11décembre2016
TowardMBSE
Model-BasedSystemEngineering Ongoingandstressedwork SupportedbyINCOSE SystemEngineering2025,INCOSE,hKp://www.incose.org/docs/default-source/aboutse/se-vision-2025.pdf
©SystemEngineeringVision2025,INCOSE
53NicolasBelloir 11décembre2016
TrendsofEmergingSystemProper)es
©SystemEngineeringVision2025,INCOSE
54NicolasBelloir 11décembre2016
Needsof
CollaboraZveengineering FullysupportedMul)-desciplinaryengineering
ArchitecZngComplexSystem ArchitecZngwillincorporatedesignapproachesforsystemstoperformtheirintendedfuncZoninthefaceofchangingcircumstancesorinvalidassumpZons
Systemarchitecture,designandanalysisisintegratedacrossdisciplines,domainsandlifecyclephasestoprovideasingle,consistent,unambiguous,systemrepresenta)on
55NicolasBelloir 11décembre2016
Needsof
SystemDesignInaSystemofSystemsContext Techniquesforanalyzinginterac)onsamongindependentsystemsandunderstandingemergentbehaviorsinSoSmustbecomemature
Requirementsmanagementwillevolvetoaddressmorediversestakeholders
CyberSecurity Cybersecuritymustbecomeafundamentalsystemavributethatsystemsengineersunderstandandincorporateintodesignsusingwell-idenZfiedstrategies
requiresunderstandingtheboundaryofthesystemandanalyzingwhatporZonsofthatboundaryneedtobeprotected
56NicolasBelloir 11décembre2016
Needsof
SimulaZonandvisualizaZon Modeling,simula)on,andvisualizaZonenablecomplexsystemunderstandingthathelpusanZcipateandverifysolu)onsandtheircostbeforebuildingthem.
IntegratedModel-basedApproaches Model-basedSystemsEngineeringwillbecomethe“norm”forsystemsengineeringexecuZon,withspecificfocusplacedonintegratedmodelingenvironments.
Tools SystemsengineeringtoolswillfacilitatesystemsengineeringpracZcesaspartofafullyintegratedengineeringenvironment
57NicolasBelloir 11décembre2016
SysMLisaSpecificaZon
©LauraE.Hart,IntroducZonToModel-BasedSystemEngineering(MBSE)andSysML,INCOSEChapterMeeZng,July302015
58NicolasBelloir 11décembre2016
BeforeSysMLanalysis
©M.Ahamd,N.BelloiretJMBruel.«ModelingandverificaTonofFuncTonalandNon-FuncTonalRequirementsofambientSelf-AdapTveSystems».JournalofSystemsandSo[ware,Elsevier,volume107,pages50-70,sept2015.
59NicolasBelloir 11décembre2016
SysMLisaSpecificaZon
©LauraE.Hart,IntroducZonToModel-BasedSystemEngineering(MBSE)andSysML,INCOSEChapterMeeZng,July302015
60NicolasBelloir 11décembre2016
SimulaZonwithArZsan
© Pascal Roques, « Modélisation de systèmes complexes avec SysML », Eyrolles
61NicolasBelloir 11décembre2016
SysML2ModelicatransformaZon
An equation-based object-oriented language for modeling and simulation of physical systems
© Paredis and Al., « An Overview of the SysML-Modelica Transformation Specification », INCOSE, 2010
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Introduc)ontoSystemEngineering
TheSysMLlanguage
TowardandintegratedMBSE
Conclusion
Acasestudy
63NicolasBelloir 11décembre2016
Conclusions
SysMLis: aspecificlanguageforcomplexsystems
stronglyUML-Based focusingonspecificaZonandfirstlevelanalysis
SysMLisnot: amethod
justaUMLprofile
sufficientinitself
64NicolasBelloir 11décembre2016
Conclusions
SysMLmightbecome
IntegratedwithinacompletemulZ-domainengineeringtoolchain
Atargetforrequirementsanalysisresults
IncorporaZngnonfuncZonaltopicslikecyber-securityconcerns
AcentralspecificaZonmodelintoamoregeneralSystemEngineeringapproach
Model-baseddriven
FIN
Contact:[email protected]
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TheSysMLlanguage
TowardandintegratedMBSE
Conclusion
Acasestudy © Pascal Roques, « Modélisation de systèmes complexes avec SysML », Eyrolles
67NicolasBelloir 11décembre2016
Casestudies:theAlarmClock
AllfollowingdiagramswereextractedfromthePascalRoques‘sBook
RadioClockexample(cont.)
68
©PascalRoques,«ModélisaZondesystèmescomplexesavecSysML»,Eyrolles
69NicolasBelloir 11décembre2016
Requirements
© Pascal Roques, « Modélisation de systèmes complexes avec SysML », Eyrolles
70NicolasBelloir 11décembre2016
Requirements
© Pascal Roques, « Modélisation de systèmes complexes avec SysML », Eyrolles
71NicolasBelloir 11décembre2016
Requirements
© Pascal Roques, « Modélisation de systèmes complexes avec SysML », Eyrolles
72NicolasBelloir 11décembre2016
Diagrammedecontexte
© Pascal Roques, « Modélisation de systèmes complexes avec SysML », Eyrolles
73NicolasBelloir 11décembre2016
Casd’uZlisaZon
PascalRoques,«ModélisaZondesystèmescomplexesavecSysML»,Eyrolles
74NicolasBelloir 11décembre2016
RadioClockexample(cont.)
PascalRoques,«ModélisaZondesystèmescomplexesavecSysML»,Eyrolles
RadioClockexample(cont.)
PascalRoques,«ModélisaZondesystèmescomplexesavecSysML»,Eyrolles
76NicolasBelloir 11décembre2016
Contraintes
76
© Pascal Roques, « Modélisation de systèmes complexes avec SysML », Eyrolles
77NicolasBelloir 11décembre2016
AllocaZons
© Pascal Roques, « Modélisation de systèmes complexes avec SysML », Eyrolles