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-状态图

总标题

——SysML状态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状态图概念1.2状态转换机制1.3触发器1.4状态机的模型元素1.5状态图实例第X章SysML状态图状态图(StateMachineDiagram)1.1状态图概念状态图描述了对象基于状态的行为，代表了系统的一个生命周期状态图是一种行为图，是系统的一种动态视图关注的是系统中的结构如何根据随时间发生的事件改变状态可以包含嵌套状态或同步执行的状态状态图支持基于事件的操作触发器(trigger)作为事件，触发状态的迁移同时，状态迁移过程中会执行所指定的动作状态图外框1.1状态图概念状态图外框:stm[stateMachine]modelelementname[diagramname]状态图的图类型是stm，图外框所代表的模型元素类型唯一:stateMachine;状态图的外框表示你在系统模型某处定义的单个状态机;状态机是一种模型元素，是一种行为;状态机也是一种命名空间，包含一系列命名的元素;可以在相关联的状态图的外框内显示所包含的元素。基本术语1.1状态图概念状态是一种可区别的、分离的、正交的状况，用于描述对象在特定时间段的持续存在的状况转换是对关联事件的响应，使得对象从一个状态迁移到另一个状态转换由下列元素构成:触发器(使得转换被触发的事件)、条件(转换发生前必须满足的条件)、行为(转换发生时需要执行的行为)。行为是一种运行到底的行为，在与当前事件相关的行为完成之前，不会接受和处理新的事件行为存在于转换上、状态内的入口(entry)、do、出口(exit)上;状态图中的行为在下列情况下触发：状态发生迁移;进入了一个状态;退出了一个状态。转换包含3部分:1.2状态转换机制触发器(Trigger):触发状态迁移的事件判断条件(Guard):迁移发生需要满足的条件转换行为(Effect):迁移发生时需要执行的动作执行语义的例子1.2状态转换机制当处于状态1时发生事件e，哪一个会是后续状态?答案是状态3!因为守护条件必须在动作被执行前先判断，以确定有效的转换路径条件运行到底的语义1.2状态转换机制如上图所示，当状态图正在处理事件e时，执行状态1的出口行为f0),转换行为fo0()和状态2的入口行为90)，即使此时发生了事件ev1，新事件也不会被处理，直到关于e的所有事务被处理完毕。事件可能是同步的(直接调用)或者异步的(队列事件)无论如何，在当前事件处理完成之前，新的进入事件不应该被处理1.3触发器SySML中定义了四种触发事件信号事件(SignalEvent)实例接收到一个signal，这是最常用的触发器事件需要排队时间事件(TimeEvent)代表一段给定的时长已流逝，或一个给定的时刻已到达到达绝对时间:at到达相对时间:after变更事件(ChangeEvent)代表某些条件被满足，例如when(x<y)发生值的变化调用事件(CallEvent)实例的某个operation被调用，实例需要有对应的operation可用来为参数指定参数值1.4状态机的模型元素1.4状态机的模型元素简单状态在一个特定的抽象层次，一个对象总是在一个确定的“或状态”中1.4状态机的模型元素组合状态组合状态可包含一个区域或被分解为两个或更多个正交区域(isOrthogonal=true)被组合状态的一个区域包含的任意状态都称为该组合状态的子状态1.4状态机的模型元素组合状态下行为的次序从最外面开始执行——入口动作从最里面开始执行——出口动作1.4状态机的模型元素并行状态当一个状态包含多个与状态时，对象在同一时间一定处于所有活跃“与状态”各自的一个子状态中。与状态在逻辑上是并行的当对象接收到事件时，所有活跃的与状态接收到事件的拷贝，并独立地对事件进行响应或者丢弃1.4状态机的模型元素触发器的次序当x=-1时，状态迁移到状态6当x=0时，状态迁移到状态4当x=1时，状态迁移到状态4和状态5相同的触发器，从嵌套状态的最底层开始1.4状态机的模型元素状态识别指南建立好状态图的关键在于识别适当的状态状态描述了一个对象所处的状况“或”状态是顺序的，“与”状态是独立的状态限定了动作执行的次序(即状态代表了一种特定的行为方式)事件导致状态发生变化当状态变化时，执行对应的动作如果操作集能以任何次序被执行，或执行次序始终不变，则状态图发挥的价值减弱状态识别策略识别对象在一定时间内持续的状况，在此状况下等待关联的事件发生识别操作调用的次序识别导致状态变化或者执行某些行为的事件1.4状态机的模型元素识别状态、行为和触发的例子进入和离开电梯在不同楼层之间电梯门是关闭的在到达某一楼层后，电梯门打开。一旦门打开，人可以离开或进入电梯在时间超过10s以后，电梯门关闭如果电梯开门的按钮被按下，则10s计时重新开始如果检测到障碍物或者在门关的过程中按下了开门按钮，则电梯停止关门并重新打开如果没有检测到障碍物，电梯门将继续关闭。待完全关门后，电梯前往指定的楼层，这里假设电梯已经被设置至少一个目的楼层主动状态——门开启中，门关闭中，电梯移动中被动状态——门已开启，门已关闭事件——到达，门开启，门关闭，检测到障碍物，开门按钮被按下，10s周期1.4状态机的模型元素电梯门状态图示例主动状态——门开启中，门关闭中，电梯移动中被动状态——门已开启，门已关闭事件——到达，门开启，门关闭，检测到障碍物，开门按钮被按下，10s周期1.4状态机的模型元素UML伪状态状态机可以在状态中暂停，无法在伪状态中暂停;之所以向状态机添加伪状态，是为了在状态之间的转换上指定控制逻辑;共有9种伪状态;初始状态:样式为实心圆，表示状态机/区域开始执行的第一个状态，无输入转换，输出转换不允许加触发器和条件;终止状态:表示状态机结束执行;终止连接器:表示区域结束执行，不影响其他区域1.4状态机的模型元素条件连接符条件连接符使得一个转换可以分成多个分支，每一个分支都有一个判断条件；当某一个转换上条件为真实，则执行该条转换；当所有条件都为假，则状态机保持当前状态。1.4状态机的模型元素连接/派生同步条派生同步条实现将一个入向转换成到多个输出转换，多个转换连接到多个并行状态中;仿真时，多个输出转换是并行执行的。连接同步条实现将多个输入转换合并到一个输出转换，当一个入向转换到达后需要等待另外的入向转换都到达时，才能执行连接同步条的出向转换。1.4状态机