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SysML 参数图(Parametric Diagram)

1、参数图概述

参数图(Parametric Diagram)是一种独特的SysML图,它用于说明系统的约束。这些约束一般以数学模型的方式表示,决定运行系统中一系列合法的值。只有参数图能够向利益相关者传递这些数学模型 。

SysML参数图是一种特殊的内部块图(Internal Block Diagram,IBD)。和IBD一样,参数图会显示模块的内部结构,但是其关注点在于值属性和约束参数之间的绑定关系。因此,可以说,参数图和块定义图(Block Definition Diagram,BDD)提供了模块的互补视图 。

2、参数图主要的模型元素

参数图涉及的主要模型元素包括:

  • 1)约束模块(Constraint Block)
  • 约束模块与模块一样是一种定义元素,用于定义可复用的约束表达式。
  • 约束模块包含两种要素:约束表达式和约束参数。
  • 约束表达式可以是等式或不等式,用来约束模块的值属性之间的数学关系。
  • 约束参数是约束表达式中使用的变量。约束参数会从它们绑定的值属性那里获得值——也就是被约束的值属性 。
  • 例如图1中的BDD图中,定义了两个约束模块Rate Monotonic Model和Real Sum。每个约束模块都分别包含对应的约束表达式和约束参数,显示在相应的分隔区中。
SysML 参数图(Parametric Diagram) - 第1张
图1 SysML约束模块
  • 关于约束模块需要注意以下几点:
  • a) 约束表达式在约束区段中显示,一般为数学公式
  • b) 约束表达式可以为等式,也可以为不等式
  • c) 约束参数在参数区段中显示,定义形式为:parameter name: type [multiplicity]
  • 2)约束属性(Constraint Property)
  • 与模块一致,约束模块也可以作为其他模块或者约束模块的组成,称为约束属性。有时候我们会基于简单的约束模块构建更复杂的约束模块。这样可以从简单的等式和不等式创建出更加复杂的数学关系。更复杂的约束模块可以把它的组成部分显示为约束分隔框中的一系列约束属性。约束属性有名称和类型,格式是:名称:类型。名称可自定义,类型必须是约束模块的名称 。
  • 例如,在图2的BDD图中,显示约束模块 Hohmann Transfer包含两个约束属性(ttof 和tos),这代表分别对约束模块 Transfer Time of Flight 和 Transfer Orbit Size的使用。这个模型表示 Hohmann Transfer 定义了 一个约束表达式,它由两个更简单的约束表达式组成,从而定义更复杂的数学关系 。
SysML 参数图(Parametric Diagram) - 第2张
图2 SysML约束属性
  • 但是,要注意这个 BDD 没有(无法)传达的信息:那两个更简单的约束表达式在哪里指定彼此连接,从而创建组合的约束表达式。参数图会对这些信息进行定义。
  • 关于约束属性需要注意以下几点:
  • a) 约束属性可以通过组合关联关系创建也可以直接创建
  • b) 约束属性的表示形式如下:constraint property: constraint block [multiplicity]
  • c) 模块的约束属性代表模块使用了某个约束模块
  • d) 多个约束模块间的组合关联可以构建更复杂的约束
  • e) 约束模块和约束属性都是在BDD中创建,对变量之间的数学约束关系进行建模
  • 3)绑定连接器(Binding Connector)
  • SysML 定义了一种特殊的连接器,叫做绑定连接器,它只代表附着在两端的两个元素之间的等价关系。那两个绑定元素之中的一个必须是约束参数,另一个绑定元素可以是一个值属性,也可以是另一个约束参数。
  • 绑定连接器可以只显示在参数图中。绑定连接器的标识是一条实线,它附着在两个绑定元素的边界上图3所示的参数图上的所有连接器都是绑定连接器 。
SysML 参数图(Parametric Diagram) - 第3张
图3 SysML参数图中的绑定连接器
  • 需要注意的是,绑定连接器并没有方向的概念。当值赋给一个值属性的时候,在绑定连接器另一端的约束参数马上会被赋予相同的值。然后那个值可供拥有约束参数的约束属性所用。

3、参数图示例

参数图的类型缩写是 par。我们可以为如下两种模型元素类型创建参数图:

  • 1)模块(Block)
  • 2)约束模块(Constraint Block)

当参数图代表约束模块的时候,图只会显示约束属性内部结构的绑定。图3显示了一幅表示约束模块的参数图 。

当参数图代表一个模块的时候,它首先显示的是模块的值属性和约束属性之间的绑定。但是,它还可能显示模块的组成部分属性和引用属性,只要它们包含被关注的值属性。图4显示了一幅表示模块的参数图 。

SysML 参数图(Parametric Diagram) - 第4张
图4 SysML模块的参数图

4、总结

参数图说明了一系列约束(等式和不等式),规定了系统属性之间的数学约束关系。参数图是 SysML 的 9 种图中唯一一种可以表达系统设计这方面内容的图。但是并非所有建模团队都需要创建系统的数学模型,取决于建模的需求和目标。对于有相关需求的模型,参数图是一种重要的媒介,它可以用于和利益相关者沟通这类信息 。

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本文原创,作者:Modeler。
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