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对象过程方法,OPM ISO 19450 – OPCloud和OPM建模工具的演变
 
译者:火龙果Anna
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 2021-3-19 
 
编辑推荐:
本文主要介绍了OPM是什么?OPM建模工具演变,OPM建模能力等相关内容。
本文来自于 www.ppi-int.com,由火龙果软件Anna编辑,推荐。

抽象的

我们提供了对象过程方法论(OPM ISO 19450)的概述,重点是其基本原理和原理。然后,我们描述了沃尔沃汽车公司在寻找一种建模语言方面的最新经验,该经验最终导致采用了OPM。本文的重点转移到描述过去,现在和将来的OPM建模工具的演变,并以系统的OPM模型的实际复杂实例为例,该系统是由领先的燃气轮机制造商为燃气轮机设计而准备的,旨在简化三分之一的时间响应RFP。我们以工业应用的部分清单和OPCloud开发的前景以及在MBSE推进中的预期作用作为总结。

介绍

OPM(Dori,2002; 2016),ISO 19450(ISO 19450,2015)的Object-Process Methodology是一种用于开发复杂的社会技术系统和知识管理的整体,正式而直观的概念建模方法。OPM既是一种语言,又是一种方法论。OPM语言部分由其语法,语义和本体的规范定义。OPM方法论部分是使用OPM语言对复杂系统进行建模的推荐方法的规范,因此适用于基于模型的系统工程(MBSE)以及捕获和管理科学,工程学以及任何其他种类的知识。

OPM语言是双模的-它同时使用两种图类型-一种图类型,对象过程图(OPD)和自然语言文本-对象过程语言(OPL)来表示有关主要主题的各种相互关联的详细知识任何系统的方面:功能,结构和行为。由于其紧凑的通用本体,单一的图形式,与UML(OMG UML 2.2,2009)和SysML(OMG SysML 1.5,2017),双峰表示,易于学习和实现以及通用性形成鲜明对比, OPM最适合用作MBSE的基础建模语言。

图形和文本OPM模态在语义上是等效的,并表示相同的模型。一组层次结构化,相互关联的对象过程图(OPD)构成了图形模型,而英语子集中的一组自动生成的句子构成了以对象过程语言(OPL)表示的文本模型。在图形视觉模型中,每个OPD均由OPM元素组成,这些元素被描述为图形符号,有时带有标签注释。OPD语法指定了管理这些图形元素排列的一致且正确的方法。OPM使用OPL,以保留图形模型约束的方式为每个OPD生成相应的文本模型。由于OPL的语法和语义是英语自然语言的子集,

OPM为ISO 19450(2015)。2015年12月,国际标准化组织(ISO)将OPM认证为ISO 19450。从那时起,航空航天,汽车制造,家用电器制造,保险和国防领域的领先行业就采用了OPM,并将其用于管理知识,开发新一代产品系统和技术路线图等目标。

如ISO 19450中所述,OPM表示法通过形式语法和语义支持系统的概念建模。这种形式通常是基于模型的系统工程(MBSE)的基础,包括系统架构,工程,开发,生命周期支持,通信和演进。OPM有助于在建,测试,集成和日常维护的系统的通用视图,从而可以在多学科环境中工作。此外,OPM的域独立性质为整个科学,商业和工业界开放了系统建模,以便在其特定应用领域内开发,研究和分析制造以及其他工业和商业系统。这使公司可以将不同技能和能力的融合并提供到一个通用的直观而正式的框架中。而且,使用OPM,公司可以改善他们对系统功能的整体了解,改善人员分配任务的灵活性,并管理异常和错误恢复。系统规范可扩展为任何必要的细节,包括系统的功能,结构和行为方面。如前所述,特别是自从ISO将OPM识别为ISO 19450以来,在大型的国际财富500强公司中,包括技术,保险,银行和大型国家机构,人们对使用OPM的兴趣和需求日益增长。一些人要求暂时保留在阴影中,因为他们认为使用OPM具有竞争优势。

寻找建模语言:沃尔沃体验。T?rm?nen等人在沃尔沃汽车公司工作。(2017)搜索一种语言以生成一个信息模型,该模型考虑了从用户需求到优化需求的不同汽车设计环境。他们要求该语言必须直观,易于解释,易于被新用户学习并且通用,以便能够对产品的所有方面进行建模。他们检查了各种系统工程建模语言,包括IDEF0(国防采购大学出版社,2001年),UML,SysML和Modelica。。他们发现IDEF0适用于过程,但不适用于结构图。人们发现UML和SysML是灵活的多用途语言,但是具有“很大的缺点”,即对非专家不直观,并且它们的模型“很容易变得非常混乱”。Modelica可以对行为和结构进行建模,但是需要非专家做出大量努力才能学习和理解。他们接着说:“尤里卡时刻来到了我们进入对象过程方法论(OPM)的阶段,它以其通用的最小本体描述了具有事物和事物发生的世界,即存在的有状态对象以及可以转化它们的过程。它比SysML更加精简,因此对于新手来说更易于理解和实践。” (第8页)。

OPM建模工具的演变

虽然可以用铅笔和纸(或基本的绘图软件)使用建模语言,但从一开始就很清楚,要进行认真的建模和分析,支持该语言的计算机辅助软件工程(CASE)工具是强制的。在本节中,我们描述为OPM建模开发的三个主要工具的演变:过去的OPA CASE工具,当前的OPCAT和将来的OPCloud。

OPA案例工具-历史的观点

早在1998年,即关于OPM的第一篇论文(Dori,1995年)(即称为对象过程分析的OPA)发表后仅三年,Technion的两名本科生就率先提出并在Visual Basic中开发了OPM建模工具称为OPA CASE工具。图1显示了带有OPA CASE Tool版本1.7的图形用户界面(GUI)的屏幕截图。该工具非常简单,只有一个细节级别,并且不会生成OPL。该模型显示了OPM建模过程,该过程需要OPM的两个部分-OPM语言和OPM方法论。所述建模是(人类)剂和结果是OPM模型,该方法包括OPD集–模型的图形形式,以及OPL Spec –模型的文本形式。我们使用相同的OPM模型来演示接下来的两个OPM建模工具OPCAT和OPCloud。

图1. OPA CASE Tool 1.7(1998)的屏幕截图

OPCAT – OPM建模的能力

引入OPA CASE Tool的几年后,我们开始开发OPCAT,这是Object-Process CASE Tool的缩写。目前,OPM建模人员使用OPCAT(Dori等人,2010),这是一种可免费在网络上使用的基于Java的OPM建模软件桌面工具[1]。

OPCAT于1998年7月在ECOOP'98上首次亮相(Sturm&Dori,1998)。可能有意思的是,当时OPM的哲学已经存在:

“对对象-过程范式的潜在观察是,所关注的宇宙中的所有事物都是过程或对象。这为使用单一模型忠实定义并描述其结构和行为的系统建模提供了可能。表示任何系统的这两个主要方面时都不会互相压制。结构性关系(主要是聚合,概括和特征化)和程序关系(它们随时间推移对系统行为进行建模)被无缝地交织在一起,以提供对系统的全面理解。”

几个月后,我们在OOPSLA'98上展示了OPCAT(Dori&Sturm,1998)。自从一年前采用统一建模语言UML(OMG UML 2008)以来,我们讨论了OPM方法与UML方法之间的主要区别,即UML的模型多样性与OPM的模型奇异性:

“对象过程方法论(OPM)是一种系统开发方法,它将系统的结构和行为整合在一个统一的模型中。传统观点认为,在面向对象和面向过程的方法之间存在固有的二分法,并且不可能将任何系统的这两个基本方面组合到一个统一的整体参考框架中。这种误解已伴随着系统分析,甚至连公认的UML标准(Booch和Rumbaugh,1995,1996)也保持了结构和行为之间的分离,并将分析活动分布在使用不同图表类型的不少于八种类型的模型中。 ”

[1] OPCAT可免费下载

图2. OPCAT的GUI显示了流程OPM建模和所涉及的对象集

图2显示了使用与图1相同的系统模型的OPCAT 4.2的GUI。图3是大型公司的燃气轮机设计的OPM模型,其动机是为了降低RFP的提议生产率,从目前的6 -18个月至4-6个月。图3显示了详细级别1(SD1),其中燃气轮机设计过程正在进行中,其中包含四个子过程:研究,概念设计,详细设计和制造设计。

图3.燃气轮机设计的OPM模型–详细级别1(SD1)–放大的燃气轮机设计

表3的第3行是表示系统优势的自动生成的OPL语句:

详细设计(第一阶段)将燃气轮机架构从技术上的可行性转变为

具有商业可行性,建议书的生成时间为6-18个月至4-6个月。

该OPL语句还表达了一个事实,即相同的过程将燃气轮机架构从技术上可行变为商业上可行,正如OPD中所表达的那样。

OPCAT通过并发,同步和离散时间执行来实现可视化建模和模型仿真(Yaroker等,2013)。通过分析正在研究的系统背后的机制,执行可以了解系统的行为并检测建模错误。例如,图4显示了概念设计过程(零阶段),该过程作为图3中的子过程出现,在OPCAT的动画模拟过程中放大了,显示了当前正在执行的整体发动机设计(WED),以深紫色标记。此过程当前正在生成对象“结构和机械要求集”。在图4的底部,我们可以看到寿命图–该图显示了仿真每个步骤中每个对象和过程的状态。当前,动画仿真处于步骤2,整个引擎设计(WED)被标记为处于活动状态。

图4.在OPCAT的动画仿真过程中,放大了图3中的概念设计过程(零阶段),显示了当前正在执行的整体引擎设计(WED)

OPCloud – OPM建模的更光明的未来

尽管OPCAT不断发展并为OPM社区提供服务已超过十年,但现在是时候转向基于云的下一代MBASE建模工具了。实际上,去年我们开始开发OPCloud(https://www.opcloud.tech/),这是一种协作式OPM建模工具,该工具由URL调用,因此不需要安装任何程序。图5展示了具有与图2中的OPCAT和图1中的OPA CASE工具中所示的OPM建模模型相同的当前OPCloud GUI。

图5.当前的OPCloud GUI

除了基于云并支持实时协作之外,OPCloud还具有许多使其与OPCAT区别开来的新颖功能。图5中举例说明了一个这样的功能:将鼠标悬停在OPL语句上时,将突出显示OPD构造(通过链接连接的一组事物,即对象和过程)。在图5中,突出显示的句子使过程OPM建模和对象OPM方法论以及连接它们的仪器链接也都在OPD中突出显示。反之亦然。悬停在链接上应突出显示OPL句子, 并在OPD的注释中显示(或说出)。

OPM唯一地区分物理事物和信息事物(对象或过程),从而能够根据信息事物和关系生成可执行代码,并模拟软件在模型中以信息形式表示的硬件组件的仿真控制。在概念建模之后,相同的OPCloud框架应能够通过逐步完善系统并将其引入计算元素来在概念建模和详细设计之间无缝地来回移动。模拟执行应将自动生成的软件与建模的硬件组件相结合,以提供完整的系统级仿真。开发人员将能够逐步用真实的原型零件替换建模的硬件组件,

结语–感言

为了回答一些问题,美国空军少校(已退休)拉斐尔·维拉(Rafael Vila)在2017年10月2日写道:

我如何了解OPM?

作为2008年担任联合测试官的职责的一部分,我被要求遵循国防部架构框架(DoDAF,版本1.5)来支持测试和评估活动。这项工作的重要部分是解释DoDAF工件,以开发有效的互操作性测试策略。DoDAF非常复杂,项目经理一直在努力提供有价值的建筑数据。…结果,我开始探索替代方法,并在2009年遇到了Dori教授的对象过程方法论(OPM)文本。

我在OPM方面的经验,它在工业或学术界中的应用方式或应用方式,尤其是在我的工作地点或工作中

大约10年后,我仍然…将OPM用作一种简单的分析方法,以一致地识别和建模实现关键任务成果所需的顶级功能,支持工具和代理。

OPM对MBSE的潜在贡献是什么?

OPM可以带来急需的简单性和结构来改善IS的获取。…OPM可以开始弥合思想家,行动者和演说者之间的鸿沟-它们各自的输入至关重要,但是必须优化它们之间的交互。

总体上采用MBSE尤其是OPM面临哪些挑战?OPM比其他方法更容易或更具有挑战性吗?

OPM在正确的手中简单,优雅且功能强大。OPM面临的最大挑战是作为自由和开源软件(FOSS)进入政府和私人实体。

巴西航空工业公司商用飞机公司飞机安全与保障系统工程师Ricardo Moraes在2017年9月26日写道:

我对OPM的经验,它在行业中的应用方式或应用方式?

我在空气管理系统的研究场景中进行了OPM应用程序,经验非常好。OPM在功能分析的集思广益和抽象级别上帮助进行了泛化-专业化和继承结构关系,这些关系有助于我们从“全局”中进行理解并有助于体系结构的鲁棒性。

OPM对MBSE的潜在贡献是什么?

OPM在早期阶段为MBSE做出了贡献……以便快速了解并提供分析和解决方案。OPM通过在协调多学科团队的工作时将不必要的概念手动抄写最小化来提高生产率。

总体上采用MBSE尤其是OPM面临哪些挑战?

我认为OPM是集思广益的补充。OPM使上下文关系图比SysML更加容易,并带来了系统架构师无需担心细节的全局视图。但是,OPM仅有一些注释,这可能会在开发阶段维护模型时造成困难。

总结和结论

自从关于OPM的第一篇论文(Dori,1995年)以来,两本书(Dori 2002年; 2016年)和数十篇论文已经发表在各种多学科的人造社会技术工业和信息系统以及生物系统中。应用OPM的领域包括分子生物学(Somekh等人,2014),医学(Wachs等人,2014),卫星通信软件开发(Dori和Thipphayathetthana,2015),社会技术系统(Osorio等人,2011)。 ),数据仓库(Dori等,2008),代理技术(Sturm等,2010)和航空航天(Mordecai等,2016)。

此部分清单展示了OPM极简主义哲学的普遍性,并采用了尽可能最小的概念构建块集:有状态的对象和对其进行转换的过程。小就是美,如果我们希望有机会解决越来越复杂的系统的设计和生命周期支持,则必须使用简单而强大的概念建模语言。同样重要的是,一个出色的建模工具的可用性可以充当采用MBSE的系统工程学徒。在开发OPCloud时,该原则正在指导我们,我们希望它在2018年底之前可以正常工作并可用。ISO 19450 OPM为工具供应商提供了完整的指南,我们希望在不久的将来能开发出更多的OPM建模工具。

   
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