基于MBSE的复杂装备系统设计：理论与实践 课件 2.3.2 行为图-活动图

总标题

——SysML活动图本幻灯片中的图片为教学中多年的积累，无法逐一列出出处，在此统一鸣谢！本幻灯片仅应用于教学，无任何商业用途说明：1.1需求概念1.2需求关系1.3需求标识1.4总结第X章SysML活动图活动图外框1.1活动图概述活动视图描述了系统的行为流程，类似于流程图是系统的一种动态视图，说明随着时间的推移行为和事件的发生序列；擅长通过行为表示对象(事件、能量或数据)的流动，对象在行为的执行过程中是如何被访问和修改的;活动图可表达连续和并发的行为，主要由线性的或并行排列的多个动作(Action)组成；活动图可以引入外界事物(Item)，通过内部的传递和转换，再将事物输出。活动图可以被拆分，将各个动作(Action)分配到不同功能的子系统当中活动图1.1活动图概述活动图外框:act[activity]modelelementname[diagramname]活动图的图类型是act，图外框所代表的模型元素类型唯一:activity；活动图的外框表示你在系统模型某处定义的单个活动；活动是一种模型元素，是一种行为；也是一种命名空间，包含节点(Node)和边(Edge);可以在相关联的活动图的外框内显示所包含的元素。活动的重要性1.1活动图概述活动主要聚焦于行为建模功能流图的扩展集可用于用例功能流建模活动可用于描述下列元素的行为:用例模块功能操作算法外部角色当描述对象以输入输出流为主时，更适合使用活动图活动建模就是对下列元素的流进行建模:控制(最常见)数据能量质量物质活动支持控制流活动支持数据流和其它物质流节点（Node）和边（Edge）1.1活动图概述活动图由节点和它们之间的连线所组成有三种基本类型的节点:动作节点对象节点控制节点有两种类型的边:控制流对象流活动图与流图对比1.1活动图概述问题一在下例中一当水位正常的时候会发生什么?(waterok)系统烧水系统警告用户什么都不会发生令牌流1.1活动图概述活动是建立在令牌(Token)流的概念之上的令牌流是一种抽象的概念，不是模型元素，所以没法创建和显示，需要依赖想象来理解基于令牌执行语义当活动遇到起始令牌时，活动开始运行当活动结束时，在活动的输出流上有一个终点令牌令牌包含两种类型:：控制令牌和对象令牌控制令牌只表示活动的哪个动作在活动执行的特定时刻处于启动状态，对象令牌代表的是在活动中流动的事件、能量或者数据的实例流包括控制流对象(数据、能量或物质)流控制节点(合并、判断、派生、连接)调节活动执行SysML给在时间和价值上连续的模型行为添加构造型(Stereotype)<continuous>(连续的)<stream>(流)<rate>(速率)动作的定义1.2动作动作(Actions)-是一个活动中的“原子”行为单位。它们可能是：自然语言，如“启动电源”正式编程语言中的某一个声明，类似于“y=sin(x)事件的接收或传输调用操作表示活动中的单个步骤每个活动周期可能执行零次、一次或多次接收输入并产生输出令牌——可以是物质或者信息动作上的令牌1.2动作动作会消耗和产生令牌令牌可以是控制或者对象(数据)当令牌在所有的控制输入和需要的数据输入上有效时动作开始当动作结束时，它将令牌放在它的所有输出上面令牌沿着“箭头”移动控制令牌沿着控制流移动对象令牌沿着对象流移动活动可以全部用控制、对象或者混合使用控制和对象来描述控制令牌示例1.2动作“当令牌在所有的控制输入上有效时活动开始“当煮水活动完成，表示令牌到达它的出向边界该边界准备允许令牌通过然而该令牌只有当边界条件和节点条件都被满足时才能穿越边界冲泡咖啡还没有准备好接受令牌一旦磨咖啡豆完成一表示令牌已经到了它的出向边界现在所有的条件(在本例中它们都是边界条件)已经被满足一两个令牌穿过边界并且冲泡咖啡开始执行(在该过程中消费了两个令牌)动作的开始1.2动作动作启动的三个必须条件：拥有动作的活动正在执行；在所有输入的控制流上都有控制令牌到达；在所有输入的对象流上都有足够数量的对象令牌到达，以满足响应输入引脚的最低多重性建模者在绘制活动图的时候，最常见的错误是向一个动作绘制多个输入边，以表达通向那个动作的不同路径;错误地相信多条输入边之间为“或”运算，这其实是“与”运算动作可以不需要任何输入边，动作会在活动启动的时候启动特定动作类型1.2动作调用行为动作可以把一个高层次的行为分解成一系列低层次的行为，仿真时会启用另一个行为;调用的行为可以是活动、交互、状态机;格式为<动作名称>:<行为名称>;当每个对象令牌到达活动参数时，就会被传递到相应的引脚上。发送信号动作启用的时候会异步地生成信号实例，不会等待来自目标方的回应;使用并发机制来传递事件、能量和数据;内部显示的字符串必须与在模型层级关系某处定义的信号的名称相匹配信号可以拥有属性接收事件动作表示活动在继续执行之前，必须等待发生一个异步的事件(信号、时间、变更、调用、任何)特定动作类型1.2动作接收时间动作等待时间事件发生的接受事件动作;绝对时间(at)和相对时间(after)调用操作动作调用一个操作，操作里可以包含一个行为不透明动作编辑一段可运行的代码控制节点1.3节点初始节点(InitialNode)活动的起点，控制令牌的流会从那里开始活动不一定需要初始节点流终点(FlowFinal)和活动终点(ActivityFinal)当控制令牌到达流终点后，令牌销毁，标记该控制流结束当控制令牌到达活动终点后，整个活动都会结束，所有控制流结束动作从它们的输入引脚中消耗令牌并将新的令牌放在它们的输出引脚中派生和连接节点1.3节点当令牌被提供给派生(Fork)节点时，它们被提供给所有的出向边;一条输入，多条输出;连接(Join)节点用于同步多个流;多条输入，一条输出;如果活动只用纯粹的控制流(没有对象流)来描述的话，那么也可不需要派生和连接。决策和合并节点1.2节点决策(Decision)节点和合并(Merge)节点用同一种符号(钻石)如先前所述，决策节点拥有:一个入向流多个出向流带有互斥的条件合并节点拥有:多个入向流一个出向流决策和合并节点描述的是“或”条件决策：在输入流上获得令牌且只沿着一条输出流路径移动合并：在任意一条输入流上获得令牌并转移到输出流上1.4边：控制流和对象流对象流(ObjectFlow)会传输对象令牌，用带有箭头的实线表示可以表示事件、能量或者数据的实例在活动执行的时候，从一个节点流向另一个节点满足约束条件:类型相同;上游的类型是下游类型的子类型控制流(ControlFlow)一种对象节点(ObiectNode)类型它在一个动作的执行期间或在执行过程中持有令牌会传输控制令牌，用带有箭头的虚线表示动作从它们的输入引脚中消耗令牌并将新的令牌放在它们的输出引脚中1.5对象节点最常出现在两个动作之间，以表示第一个动作会产出对象令牌作为输出，第二个动作会将这些对象令牌作为输入;格式:<名称>:<类型>[多重性];动作引脚(pin)一种对象节点类型，添加到动作上，表示动作的输入或输出；它在一个动作的执行期间或在执行过程中持有令牌；当多重性下限是0的时候，使用《optional》构造型活动参数节点(ActivityParameter)一种对象节点类型，添加到活动边框上，表示活动的输入或输出;能够拥有的最低多重性是01.6参数流(streaming)行为:被指定为流式<<stream>>的参数允许活动持续执行期间接受/产生新的令牌非流式参数:输入:只能在执行开始之前接受令牌输出:只有当执行结束之后才能产生令牌流式参数:输入:到达流输入引脚的对象令牌会马上为动作所用输出:即便动作仍然在持续执行，令牌也会发送出去1.7活动分区利用活动分区，将“活动”分配到各个模块，“活动”分配的过程会产生“活动分解”；当活动分区代表一个模块，表示那个模块的所有实例都能够执行其中包含的动作;当活动分区代表组成部分属性只是那个组成部分属性会负责执行所包含的动作;跨泳道的控制流会产生模块之间的逻辑接口。1.8结构活动节点使用结构活动节点(structuredactivitynode)将一系列动作组合成一组可能包含一组输入引脚，用于令牌流入到内部动作可能包含一组输出引脚，用于令牌从内部动作进行流出包含三种:顺序节点、条件节点、循环节点1.9活动中断区域支持令牌终止的活动组当令牌通过中断边离开可中断区域时，该区域中的所有令牌和行为终止1.10高级流建模任何流参数都可以附加一个rate属性，该属性指定令牌流动的预期的速率;<<continuous>>速率意味着令牌的到达间隔时间趋近于零流顺序(FlowOrder):First-In/First-0ut(FIF0),Last-In/First-0ut(LIF0),orunordered；令牌超过上限(upperbound)时，采用两种方式;覆盖《overwrite》用来覆盖最新的令牌;无缓冲《noBuffer》用来丢弃最新到达的令牌;使用概率流(Probabilistic

Flow)，来说明令牌的可能性，如果使用概率流，那么所有替代流都必须具有概率，并且所有流的概率之和必须等于11.11控制运算符控制运算符可以启用或禁止其它行为典型用途是在于带有{stream}特性且需要外部控制的行为控制运算符产生控制值控制值是一种特殊的带有预定义值的控制令牌启用——与控制令牌到达的语义相同禁止——终止被控制的行为这些可以由建模人员扩充——比如暂停、恢复、重启1.12活动图实例:混动SUV案例活动图1.13活动图实例:航天器案例活动图1.14总结活动表示一组动作执行的顺序，活动的输入和输出成为参数；活动由动作组成，动作表示行为的原子层级，动作通过引脚