《用系统建模语言和MP构建的行为图之间的互操作性评估》美海军2022最新152页论文

长期以来，系统工程师一直在努力识别和理解作战环境中的系统行为。系统建模语言（SysML）是一种图形语言，在系统工程师中使用，用于向各利益相关者传递系统设计的细节。蒙特雷凤凰（MP）是一种行为建模方法和工具，利用轻量级的正式方法和语言来生成图表，并显示预期和意外的突发系统行为。通过对SysML和MP行为模型的系统分析，本研究提出了在未来版本中改进MP以适应SysML的建议。将MP的范围完整的事件跟踪生成合并到SysML兼容格式的能力将为美国防部的采购过程提供巨大的洞察力和好处。这项研究的结果包括对MP图的几个简单补充，使其更好地符合SysML标准，同时保留MP在设计过程中早期识别突发行为的能力，在系统设计特征被制造或测试之前就可以解决风险。

长期以来，系统工程师（SE）一直在努力识别和理解操作环境中的系统行为。系统工程师工具箱中的一个主要工具是使用系统建模语言（SysML）行为图。这些图包括活动图、序列图、状态机图和用例图。它们允许SE绘制出系统的子系统（或组件）、操作环境（包括任何外部系统）和系统操作者的预期互动关系。

SysML是一种图形化的语言，在系统工程从业者中被用来向各利益相关者传递系统设计的细节。这种语言有一个词汇和语法结构，适用于其所有的图表类型。它要求建模者对系统的功能、使用方式、操作环境以及操作者如何使用系统有深入的了解，以便正确地映射行为。人们普遍认为，行为图的好坏取决于SE对系统的理解以及他们对系统行为方式的固有偏见。

Monterey Phoenix (MP)是一种行为建模方法和工具，利用一种由精确的逻辑和数学符号组合而成的轻量级正式方法和语言来生成图表和显示系统行为（NPS Wiki n.d.）在MP中建模系统行为需要建模者定义系统、环境和终端用户所包含的事件之间的关系。然后，这些关系被自动显示在一组称为事件追踪的图形模型中。MP在单独的事件追踪中生成所有可能的关系组合，这将有助于SE识别操作环境中的突发行为。MP也能够生成被建模的系统的活动和状态机图。然而，目前工具的图形输出并不符合SysML。

这个顶点项目的主要目标是通过确定这两种图形语言之间的重叠和差距，促进或阻碍一种符号和另一种符号之间的自动转换，从而推动系统工程界对SysML和MP行为模型的理解。MP能够根据建模者定义的关系生成范围完整的事件跟踪图（类似于SysML的序列图），这是目前生成SysML行为图的工具所缺乏的能力。

为了弥补行为建模语言的这一缺陷，我们为两个案例研究系统开发了SysML和MP行为模型；自动地面防撞系统（Auto GCAS）和枪支安全模型（FSM）。自动地面防撞系统是战斗机的一项安全功能，旨在防止地面碰撞。FSM模拟射手和枪支之间的相互作用。之所以选择每一种，是因为其对系统行为建模的适用性，并且可以在不同类型的行为图之间进行一对一的比较，对两种建模语言进行比较。活动图、序列图和状态机图都是以符合SysML的格式为Auto GCAS和FSM生成的。然后将从MP模型中生成的等效图与SysML图进行比较。虽然MP图形语言缺乏SysML的视觉词汇，但MP模型中包含的信息能够被格式化以符合SysML。

该小组系统地确定了两种图形语言之间的符号差异和相似之处，并为在未来的版本中改进MP以适应SysML兼容的图表生成提供了建议。对比MP事件追踪和SysML顺序图，共发现了它们之间的四个差异，并提供了四个改进MP事件追踪发生器的建议。接下来，对MP和SysML活动图进行了比较，共发现了5个不同点和4个相同点，并提供了5条改进建议。最后，对MP和SysML的状态机图进行了比较，发现在概念就业方面有三个很强的相似之处，在图形符号方面有三个微小的差异，并为改进MP的状态机生成提供了六个建议。在整个研究活动中，Model Wreckers还为未来的工作确定了三项建议，以改善用MP建模系统行为的能力和整体用户体验。

将MP的范围完整的事件跟踪生成合并到一个符合SysML的格式中的能力使国防部的采购过程有很大的洞察力和好处。通过能够在设计过程中更早地识别潜在的突发行为，风险可以在系统设计功能被制造或测试之前被解决。在对物理设计方案进行原型设计和测试后，纠正或减轻突发行为的成本会大大增加。这项研究使SE界在利用MP产生的、熟悉的SysML符号的突发行为方面又前进了一步。