SysML v2 文本符号的权威指南

系统建模语言版本2（SysML v2）标志着系统工程的一次重大转变。通过摆脱SysML v1中基于UML的僵化图形约束，SysML v2引入了以语言驱动的文本语法。这种语法将结构、行为、需求和分析视为深度集成的文本元素。

本全面指南通过一个具体的自主无人机设计实例，来解析SysML v2的核心支柱、概念和语法。

1. 核心范式：定义与使用

SysML v2中最重要的架构概念是严格区分定义（蓝图）与使用（上下文实例）。

• 其中def关键字：表示可重用的定义、类型或元素蓝图。它在被使用之前并不存在于物理实体中。

• 无def关键字：表示使用。它代表特定父系统中的实际出现或组件实例。

// 定义：任何电池的可重用蓝图
part def Battery;

// 使用：我们无人机系统中一个特定的电池实例
part powerSource : Battery;

这种区分使工程师能够一次性定义一个组件，并在多个具有不同名称、配置和内部连接的子系统中重用它。

2. 结构架构：部件、项目和端口

SysML v2将物理或逻辑架构划分为组件、流经它们的实体以及连接它们的接口。

部件和项目

• part def（块/组件）：定义一个结构化、物理或逻辑的系统组件。

• item def (流元素): 定义非固定元素——例如数据流、流体、力或电能——这些元素在部件之间流动。

端口和接口

• 端口定义 (接口规范): 定义接口边界，明确指出哪些数据或项目可以进入（输入) 或退出（输出).

以下是这些组件在系统命名空间中声明和嵌套的方式：

package DroneSystemExample {
    private import ScalarValues::*;
    private import SI::*;

    // 基础蓝图（定义）
    item def Power; 

    port def PowerOutPort {
        out item powerElec : Power;
    }
    
    port def PowerInPort {
        in item powerElec : Power;
    }

    part def FlightController;
    part def PropulsionSystem;
    part def Battery;

    // 集成系统上下文
    part def AutonomousDrone {
        // 属性 / 值属性
        attribute enduranceActual : Real;

        // 子部件使用（实例化定义）
        part flightController : FlightController;
        part propulsionSystem : PropulsionSystem;
        part powerSource : Battery;

        // 端口使用（实例化接口）
        port pBatteryOut : PowerOutPort;
        port pPropulsionIn : PowerInPort; 
    }
}

3. 需求支柱（问题空间）

在SysML v1中，需求通常是与工程数学隔离的文本块。在SysML v2中，需求是 一等文本定义 包含元数据、描述性文本以及强类型属性，用于自动化验证。

requirement def RangeRequirement {
    doc /* 无人机必须保持至少45分钟的连续飞行续航时间。 */
    attribute enduranceTarget : Real = 45.0; 
}

可追溯性通过 满足

为了在问题空间（需求）和解决方案空间（结构）之间形成闭环，SysML v2使用显式的关联关键字，如 满足 直接在部件上下文中使用：

part def AutonomousDrone {
    // 实例化一个需求使用，以清晰地满足定义映射
    satisfy requirement : RangeRequirement;
}

4. 行为支柱（执行空间）

SysML v1强制将结构（内部块图）与行为（活动图）之间划清界限。SysML v2通过使 动作和控制流成为原生的、作用域内的结构元素.

顺序动作和控制流

使用 动作使用关键字，你可以声明接受输入（in）并传递输出（out）。控制流使用 then关键字线性编写，无需复杂的控制流图。

动作 executeMission {
    输入 targetCoordinates;
    输出 missionStatus;
    
    动作 sTakeoff;
    然后 动作 sNavigate;
    然后 动作 sLand;
}

5. 功能分配：将行为与结构连接

分配回答了系统工程的基本问题：哪个组件执行哪个功能？

SysML v2 使用 perform关键字在部件使用块中清晰处理。使用 点号表示法（.)，你可以深入嵌套的动作循环中，将操作直接映射到物理硬件上。

部件定义 AutonomousDrone {

    // 子部件通过显式‘执行’其分配的步骤来分配行为
    部件 flightController : FlightController {
        执行 executeMission.sNavigate;
    }
    
    部件 propulsionSystem : PropulsionSystem {
        执行 executeMission.sTakeoff;
    }

    // 内嵌行为定义
    动作 executeMission {
        动作 sTakeoff;
        然后 动作 sNavigate;
        然后 动作 sLand;
    }
}

核心关键字概要

SysML V2 的完整示例：三大支柱