SysML v2 文本符號的權威指南

系統建模語言版本 2（SysML v2）標誌著系統工程的一次巨大轉變。透過擺脫 SysML v1 中僵化的、基於 UML 的圖形約束，SysML v2 引入了以語言為導向的文本語法。這種語法將結構、行為、需求和分析視為深度整合的文本元素。

本全面指南透過一個具體的自主無人機設計範例，剖析 SysML v2 的核心支柱、概念與語法。

1. 核心範式：定義與使用

SysML v2 中最重要的架構概念，是明確區分定義（藍圖）與使用（上下文實例）。

• 其中def關鍵字：表示可重用的定義、類型或元件藍圖。它在被使用之前並不存在於物理實體中。

• 沒有def關鍵字：表示使用。它代表特定父系統內的實際出現或元件實例。

// 定義：任何電池的可重用藍圖
part def Battery;

// 使用：我們無人機系統內特定的電池實例
part powerSource : Battery;

這種區分使工程師能夠僅定義一次元件，並在多個子系統中重複使用，這些子系統具有不同的名稱、組態和內部連接。

2. 結構架構：零件、項目與介面

SysML v2 將實體或邏輯架構劃分為元件、流經它們的物件，以及連接它們的介面。

零件與項目

• part def（Block / 元件）：定義一個結構性、實體性或邏輯性的系統元件。

• item def (流動項目)： 定義非固定元件——例如資料流、流體、力量或電力——在零件之間流動。

介面與埠

• 埠定義 (介面規格)： 定義介面邊界，明確指出哪些資料或項目可以進入（in）或離開（out).

以下是這些元件在系統命名空間中宣告與嵌套的方式：

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

    // 基礎藍圖（定義）
    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;

    // 整合系統環境
    part def AutonomousDrone {
        // 屬性 / 值屬性
        attribute enduranceActual : Real;

        // 子元件使用（實例化定義）
        part flightController : FlightController;
        part propulsionSystem : PropulsionSystem;
        part powerSource : Battery;

        // 埠使用（實例化介面）
        port pBatteryOut : PowerOutPort;
        port pPropulsionIn : PowerInPort; 
    }
}

3. 要求支柱（問題空間）

在 SysML v1 中，需求通常是與工程數學分離的文字區塊。在 SysML v2 中，需求是 一等文字定義 包含元資料、描述性文字，以及強型別屬性，以支援自動驗證。

requirement def RangeRequirement {
    doc /* 遙控飛機必須維持至少 45 分鐘的連續飛行續航力。 */
    attribute enduranceTarget : Real = 45.0; 
}

可追溯性透過 滿足

為了在問題空間（需求）與解決方案空間（結構）之間建立閉環，SysML v2 使用明確的關係關鍵字，例如 滿足 直接內嵌於元件環境中：

part def AutonomousDrone {
    // 實例化需求使用，以乾淨地滿足定義對應
    滿足需求 : RangeRequirement;
}

4. 行為支柱（執行空間）

SysML v1 強制將結構（內部區塊圖）與行為（活動圖）之間劃分得非常清楚。SysML v2 完全消除了這道障礙，透過將 動作與控制流程成為原生、在範圍內的結構元素.

順序動作與控制流程

使用 動作關鍵字，您可以宣告接受輸入（in) 並傳遞輸出（out）。控制流程使用 then關鍵字線性書寫，無需複雜的控制流程圖。

動作 executeMission {
    in targetCoordinates;
    out missionStatus;
    
    動作 sTakeoff;
    then 動作 sNavigate;
    then 動作 sLand;
}

5. 功能分配：將行為連結至結構

分配 回答系統工程的根本問題： 哪個組件執行哪個功能？

SysML v2 使用 perform關鍵字在零件使用區塊中處理此問題。使用 點表示法（.)，您可以深入嵌套的動作迴圈，將操作直接對應至實體硬體。

零件定義 AutonomousDrone {

    // 子零件透過明確「執行」其分配的步驟來分配行為
    零件 flightController : FlightController {
        執行 executeMission.sNavigate;
    }
    
    零件 propulsionSystem : PropulsionSystem {
        執行 executeMission.sTakeoff;
    }

    // 內嵌行為定義
    動作 executeMission {
        動作 sTakeoff;
        then 動作 sNavigate;
        then 動作 sLand;
    }
}

核心關鍵字摘要

SysML V2 的完整範例：三大支柱