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UAF1.2规范解读(DMM和UAFML)
 
 
作者: 俎涛(火龙果软件工程)
 
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2022-9-19

前言

最近承接了咨询项目《参考 UAF, 建立面向某个特定领域的建模语言》。需要对 UAF 规范进行详细的解读,详细阅读了 UAF 有关的规范。发现建立一门建模语言真是一个 很严谨的工作。需要详细周到的考虑建模的所有层次。在此,把对 UAF 规范进行了初步的解读,希望对建模者有所借鉴。

参考文献:本文内容参考了 UAF1.2 规范。

1.UAF 简介

UAF 的全称是 Unified Architecture Framework ,由 OMG 发布,目的是统一 DoDAF 、 MoDAF 、 NAF 的架构建模。 UAF 可帮助商业公司,联邦政府机构和国防组织开发架构模型。 UAF 的应用场景包括:企业、任务架构、系统的系统( SoS )和网络物理系统工程的各种用例。 UAF 对企业数字化转型工作相关建模的也很有用。

UAF 从 DoDAF 和 MODAF (UPDM) 统一配置文件 (2.1 版 ) 演变而来。  UAF 扩展了 UPDM 的范围,并对其进行了推广,使其适用于军事架构一样也适用于商业架构。  UAF 的目的是为使用基于模型的系统工程 (MBSE) 方法描述企业架构提供一个标准形式化方法。  

UAF 的核心概念基于 DoDAF 2.0.2 领域元模型 (DM2) 和 MODAF 本体数据交换机制 (MODEM) 、加拿大国防部架构框架 (DNDAF) 和北大西洋公约组织 (NATO) 架构框架 (NAF) v 4 的安全观点。  

UAF 模型通过一组预定义的观点,从一组利益相关者的关注点 ( 如安全或信息 ) 描述一个系统。   开发的模型也可以反映自定义的视点。用户也可以为新的观点开发更正式的扩展。  

UAFML 可用于开发符合以下标准的架构 :  

•  DoDAF 2.02 版本  

•  MODAF 1.3 版  

•  NAF 3.1 版  

•  NAF 第 4 版  

UAF 的用途

UAF 使如下的建模成为可能:战略能力、作战场景、服务、资源、人员、安全、项目、标准、措施和需求 ;  它通过关注点和抽象的分离来支持最佳实践。   此外, UAF 还支持相关架构概念的建模,如 : 

•  系统中的系统 (SoS) ,  

•  与国家信息交换模型 (NIEM) 一致的信息交换  

•  国防部的原则、组织、培训材料、领导和教育、人员和设施 (DOTMLPF)  

•  英国国防部发展路线 (DLOD) 元素,  

•  人机界面 (HCI) 。  

此外, UAF 符合 ISO/IEC/IEEE 42010 体系结构描述标准中定义的术语,例如术语 : 体系结构、体系结构描述 (AD) 、体系结构框架、体系结构视图、体系结构视点、关注、环境   。

UAF 1.2 的能力

UAF 的规范最新版本是 UAF 1.2 , UAF v 1.2 支持的能力 :

•  为广泛的复杂系统建模架构,包括硬件、软件、数据、人员和设施元素 ;  

•  为系统中的系统 (SoS) 建模一致的架构,直至较具体层次的设计和实现 ;  

•  支持复杂系统的分析、定义、设计和验证 ; 

•  改进了 SysML 建模工具之间交换架构信息的能力。

UAF1.2 的语言架构

UAF 复用了 UML 2.5.1 和 SysML 1.6 的子集,并提供了额外的扩展,以满足 UPDM 3.0 RFP 强制要求。   这些要求构成了 UAF 规范的基础。  UAF 规范说明了 UAF 的设计原则以及如何使用 UML 和 SysML 来定义 UAF 语言体系结构:

•  UAF :基于 UPDM 3.0 和 UML/SysML 的统一框架,用于统一 DoDAF , MoDAF 和 NAF 的企业架构标准。 UAF 提供了一个抽象层,该抽象层将底层 UAF 元模型与表示层分隔开。

•  UAF DMM ( DMM ):使用 UML 类模型来表示个体、类型和元组,这些元组聚合了在 DoDAF 、 MODEM 、 NAF 、 DNDAF 和其他框架中定义的概念。

•  UAFML(UA Modeling Language) :是 UAF DMM 的标准实现,通过将 UAF 概念和关系映射到 UAFML 中相应的构造型而创建, UAFML 分析和重构反映了语言体系结构、工具实现和重用考虑。

UAF 1.2 建立的一致性

UAF 定义 4 种类型的一致性

•  UAF 视图规格一致性。   演示视图规范一致性的工具应实现 UAF 网格中定义的所有视图规范的一个版本,但体系结构管理视图中的视图规范除外。   可选的工具供应商可以实现其他捐赠者的框架观点,例如 DoDAF, MODAF 或 NAF 基于它们和附录 A 中提供的 UAF 之间的映射 (dtc/21-12-10)  

•  UAF 概念语法一致性。   演示概念语法一致性的工具与 UAF DMM( 本文档 ) 中定义的概念、关系和约束是一致的。  UAF 概念语法是 UAF 视图规格一致性的基础。  

•  UAF 形式语法一致性。   演示形式语法一致性的工具 :  

启用 UAFML 中定义的具体 UAFML 构造型实例:

•  符合 UAFML 中定义的约束条件  

•  符合 SysML 版本 1.6 具体语法规范

UAF 形式语法一致性是 UAF 概念语法一致性的基础。  

•  UAF 交换模型的一致性。   一个演示模型交换一致性的工具可以为所有有效的 UAFML 模型导入和导出符合一致性的 XMI 。   模型交换一致性是 UAF 形式语法一致性的基础。

2. UAF 1.2 规范解读

UAF 提供了完整的规范文档,目标读者是企业架构师、信息技术系统架构师和系统工程师。除此之外, IT 系统的投资者、管理者、软件开发工程师、设备开发工程师也可以从 UAF 规范中获得有益的参考。

如下是 UAF1.2 的规范目录:

UAF 规范包含两个正式的规范文档:

•  DMM ( Domain Metamodel ,领域元模型): UAF DMM 建立了用于对企业和企业内主要实体建模的底层基础建模构造。 它提供了概念、关系和 UAF 网格视图规范的定义。 UAF DMM 是任何 UAF 实现的基础,包括非 uml /SysML 实现。

•  UAFML ( UAF Modeling Language , UAF 建模语言): UAFML 为使用 UML/SysML 实现 UAF DMM 提供了建模语言规范

UAF 规范同时提供机器可读文件( XMI 格式):

•  UAF 1.2 - XMI file

•  UAF 1.2 - XMI Measurements library

可以在建模工具中导入这些 XML 文件,快速构建相关的模型元素。

UAF 规范还提供附录文件:

•  附录 A – Traceability ( 可追溯性 ): 提供了 UAF 与框架 (DoDAF, MODAF, NAF) 和语言 (SysML, BPMN) 之间的映射关系。

•  附录 B - Sample Problem (示例问题):通过一个搜索和救援实例说明了 UAF 的实际应用。

•  附录 C - Enterprise Architecture Guide for UAF UAF ( 基于 UAF 的企业架构指南 ) : 提供了一个结构化的方法来构建一个使用 UAFML 的 EA 架构。 EA 指南目的是和附录 b 的 《搜索和救援任务》 的示例一起使用。本指南中定义的方法只是使用 UAF 处理架构的方法之一,仅供参考,而不是官方的 OMG 授权方法。

2.1 UAF DMM

UAF DMM 建立了用于对企业和企业内主要实体建模的底层基础建模构造。 它提供了概念、关系和 UAF 网格视图规范的定义 。 UAF DMM 基于 IDEAS 本体论,这个本体论中的一切都有四个维度(时间和空间)、子类型和度量。

核心原则

UAF DMM 的基本设计原则是 :

•  需求驱动: UAF 旨在满足 UPDM 3.0 RFP 强制要求。

•  参考框架的影响: DMM 基于参考框架的概念和关系的集合。

•  由 IDEAS 本体驱动: DMM 基于 IDEAS 本体的简化版本 。

•  DMM 表示法: DMM 使用 UML 类图进行建模。

•  UML 元模型概念的可重用性: UAF DMM 复用了许多来自 UML 元模型的概念,如 State machine 、 Activity 和 interaction 。支持与这些概念的显式关系

•  UAF DMM 复用了 UML 语义,而不是重新发明自己的语义。

•  BPMN 概念的可复用性: UAF DMM 复用了许多来自 BPMN 的概念,例如流程。

UAF 网格

DMM 的模型组织为许多视图规范,这些规范组织在一个二维网格中:

•  行: 表示与利益干系人关注点相关的视点 ,称为领域( Domain ) ,

•  列:描述架构的形式,称为方面( Aspect )。

行和列交叉点的单元格:描述架构的一个视点的一个模型。

UAF Grid 相关的注释   :

•  架构管理观点中的视图规范有助于成功定义和开发架构的架构工件。  

•  为了能够评估架构行为和约束 ( 即,非功能需求 ) ,定义架构元素的实例是必要的。期望想要实现 UAF 的工具厂商让他们提供的工具能够进行行为仿真、测量评估和约束(通过参数图或专门的等式)或专有等效实现行为模拟和评估。  

•  信息模型是跨领域的一个方面,可以有多种形式:概念的、逻辑的或物理的。   大多数信息模型开发人员在使用建模工具时会建立数据模型的概念或逻辑形式。  

•  在不同的视点中,参数列捕获跨架构的度量、环境和风险。  

•  架构扩展视图规范提供了一种将框架扩展到其他领域的方法。  

下面对 UAF 的视点说明做简要说明:

视点 缩写 描述
Architecture Management
(架构管理)
Am 确定开发一个能够达到目的的架构 所需要的元模型和视图。
Strategic( 策略 ) St 能力管理过程。描述能力分类、组合、以来和演进。
Operational ( 操作 ) Op 说明 企业的逻辑架构。描述支持能力的 需求、操作行为、结构和交换需求。以一种和实现 / 解决方案无关的形式定义所有的操作元素
Service (服务) Sv •  面向服务的视图( SOV )是对直接支持操作视图中的操作的服务的描述。在 MODAF 中,服务被理解为最广泛的含义 - 一个工作单元,通过这个工作单元提供者提供一个有用的结果给消费者。
•  DoDAF :服务视点中的服务视图描述了面向服务的解决方案的设计以便能够支持运营开发过程( JCIDS )和国防采办系统或者在能力领域的能力开发 。
personel (人事) Ps 定义和探究组织资源类型。显示组织资源的类型分类以及链接、交互和 过去的增长。
Resources( 资源 )

Rs 不过一个解决方案架构,包含实现操作需求的资源、组织、软件、工件、能力配置和自然资源。一个资源的进一步设计可以使用 SysML 和 UML 细化。
Security (安全)

Sc 安全资产和安全禁区。定义安全资产和资产所有者的层次结构、安全约束 ( 策略、法律和指导 ) 以及它们所在位置的细节 ( 安全禁区 ) 。
Project( 项目 )

Pj 描述项目和项目里程碑,这些项目如何交付功能,对项目做出贡献的组织以及项目之间的依赖关系。
Standard( 标准 ) Sd MODAF: 技术标准视图从核心 DoDAF 视图扩展而来,包括非技术标准,如操作原则、行业过程标准等。
DoDAF: 标准视点中的标准视图是管理解决方案部分或元素的安排、交互和相互依赖的一组规则。
Actual Resources

 

Ar 分析,例如,对不同备选方案的评估,假设,权衡,对实际资源配置的 V&V 。说明预期的或实现的实际资源配置

下面对 UAF 的方面做简要说明:

方面 缩写 描述
Motivation( 动机 ) Mv 捕获与企业转换工作相关的动机元素,例如,挑战,机会,和关注事项,以及不同类型的需求,例如,操作,服务,人员,资源,或安全控制。
Taxonomy (分类法) Tx

将所有元素作为独立的结构呈现。将所有元素表示为专门化层次结构,为每个元素提供文本定义并引用元素的源
Structure ( 结构 ) Sr 描述结构元素的分解,如逻辑执行者、系统、项目等,分解成更小的部分
Connectivity Cn 描述不同元素之间的连接、关系和交互。
Process
( 过程 )
Pr 捕获基于活动的行为和流。 它描述了活动、它们的输入 / 输出、活动操作以及它们之间的流。
State (状态)   捕获元素的基于状态的行为。 它是结构元素的状态以及它如何响应各种事件和动作的图形表示。
Sequence (顺序) Sq

表示对由于特定场景而产生的交换的按时间顺序的检查。根据特定场景的结果,按时间顺序检查参与元素之间的交换。
Information
(信息)
If 处理操作、服务和资源体系结构的信息视角。 允许分析体系结构的信息和数据定义方面,而无需考虑实现的特定问题
Constraint (约束) Ct 详细描述为了约束能力而设置的性能需求的度量。 还定义了管理行为和结构的规则。
Roadmap
(路线图)
Rm

说明架构中的元素如何随时间变化。
Traceability
(跟踪)
Tr 描述架构中元素之间的映射。这可以是一个领域内不同视点之间的,也可以是不同领域之间的。映射也可以在结构和行为之间的。

视点的相互关系

尽管 UAF Grid 是表达视点、方面和视图规范之间关系的主要手段,但由于它的二维性质,它不足以解释存在于视点之间的抽象相互关系。下面的图表显示了这些观点是如何相互关联的。

•  水平的视点表明视点存在于一个抽象层中,在它上下的视点之间和左右的视点之间存在相互关系。

•  垂直的视点描述了跨架构中抽象级别的横切关注点。

领域元模型图例

注意图中的颜色来帮助读者理解模型。请参考下面的图例来理解图。

下面是在 DMM 中使用的元素颜色的图元以及它们所表示的内容。

UAF 中元素类型的含义是基于 IDEAS ( 国际国防企业架构规范 ) 中提出的概念。

•  Individual 表示元素的单个实例

•  Type 表示一组个体

•  Tuple 表示元素之间存在的关系

•  Abstract 表示元素没有直接用途,只是一种构造手段

•  Enumation 是一个集合中所有项目的完整有序列表

•  External Type 是存在于核心 DMM 之外,但可以被 DMM 中的元素引用的元素

DMM 中的元模型

DMM 提供了 2 种元模型:

•  Domain MetaModel Diagram :用于描述 UAF 的各种视点的 diagram 的元模型。

•  Domain MetaModel Element :就是对 UAF 的每个视点的中使用的建模 Element 使用元模型进行定义。

Domain MetaModel Diagram

用于描述 UAF 的各种视点的 diagram 的元模型。也就是对 UAF 的每个视点的每种描述形式的图使用元模型进行定义。如下是 service 视点 的 diagram MetaModel 的示意图:

如下是 Service 的 结构图的元模型定义,包含:文字说明、元模型图和元素列表:

View Specifications::Services::Structure

Contains the diagrams that document the Services Structure View Specification.

View Specifications::Services::Structure::Services Structure

•  Stakeholders: Solution Providers, Systems Engineers, Software Architects, Business Architects.

•  Concerns: combination of services required to exhibit a capability.

•  Definition: shows the composition of services and how services are combined into a higher-level service required to exhibit a capability or support an operational activity.

•  Recommended Implementation: SysML Block Definition Diagram, SysML Internal Block Diagram.

 

Elements

•  Implements

•  Measurement

•  OperationalInformation

•  PropertySet

•  ResourceInterface

•  Service

•  ServiceArchitecture

•  ServiceConnector

•  ServiceExchangeItem

•  ServiceInterface

•  ServiceMethod

•  ServiceParameter

•  ServicePort

•  ServiceRole

 

Domain MetaModel Elements

就是对 UAF 的每个视点的中使用的建模 Element 使用元模型进行定义。在多个 diagram 可能使用相同的 element 。下面以 Service 视点的 element 的元模型进行说明。

2.2 UAFML

UAFML 定义了对 UAF 的内容进行建模的语言, UAFML 指定了一个 UAF Profile 文件,使建模者能够表达架构模型元素,并在一组观点、方面和视图规范中组织它们,以便支持国防和商业、工业中的最终用户的特定需求。

UAFML 定义了一组构造型、模型元素和关系,以满足 UPDM 3.0 RFP 和 UAF DMM 的要求。 UAFML 规范根据 UML profiling 机制指定了语言体系结构。 许多 UAFML 构造型继承自 SysML 构造型,其中需要复用 SysML 语义。 SysML 规范的可复用部分不直接包含在规范中,而是通过原型继承来使用。 UAFML 规范重用了 UML 2.5.1 和 SysML 1.7 的子集,并提供了解决 UPDM 3.0 RFP 强制要求所需的额外扩展。

UAFML 的核心原则

•  需求驱动: UAFML 目标是满足 UPDM 3.0 RFP 强制要求。

•  UAF 领域元模型 (DMM) 驱: DMM 作为 profiling 开发的基础。

•  复用现有规范: UAFML 在任何实际情况下复用 UML/SysML ,以满足 UAFP 3.0 RFP 的需求,并利用 UML 和 SysML 的特性来提供健壮的建模能力。因此, UAFML 对于支持 UML 2. x 和 SysML 1.x 的供应商来说是相对容易实现的。

•  遵从级别: UAFML 有一个单一的遵从级别,它基于 UML 和 SysML 元素复用的组合。期望这个 profiling 文件创建的视图具有反映底层的 SysML 图的类型的框架,该图的类型被用作视图的基础。人们还期望图形表示法用于显示那些视图中的元素,这与构造型扩展的 SysML/UML 元类的标准 SysML 图形表示法相对应。

•  互操作性: UAFML 从 UML 中继承了 XMI 交换能力。 UAFML 规范复用了 UML 2.5.1 的一个子集,并提供了解决 UPDM 3.0 RFP 强制要求所需的额外扩展。

描述 Stereotype 约束

UAF 建模语言使用增强的标准表示法在 UAFML 图中以图形方式表示元约束( metaconstraint ),以提高 UAFML 规范的可读性,并克服无法在 UML 中以图形方式可视化约束的局限性。

元约束出现在 UAFML 规范图中只是为了可视化目的,但是在 XMI 中的表示是 UML 约束,用结构化的英语指定。这些约束在工具中是可实现的,例如通过 OCL 。

一个简单的 UML profile 了这些元约束( metaconstraint )。

下面的详细描述 UAFML profile 中的元约束 profile 的定义。

Metaconstraint dependency

•  «metaconconstraint» 是一个扩展 Dependency 元类的构造型。 它被用来指定 profile 中受约束的元素。

•  «metaconconstraint» 依赖的一个示例是一个构造型扩展 dependency 元类的图。

•  MapsToCapability 是一个 UAFML 的构造型,扩展了 Abstraction (UML 中的一种 Dependency 类型 ) 。这个构造型的约束是,它的 client 端必须由 Activity ( 它是抽象的 ) 构造型化,它的 supplier 端必须由 Capability 构造。但是,由于不可能以图形的方式显示这种约束,因此图不能传达所需的信息。因此,我们使用 “metaconconstraint” 依赖项来可视化约束。

随着元约束依赖被添加到图中 ( 参见图 2:1) ,这表明 MapsToCapability 是一个扩展抽象元类的原型,它继承了一个 MeasurableElement 的属性,并用于为 activity( 或其子类和 capability( 或其子类 ) 之间的关系建模。一个 Dependency 构造的 MapsToCapability 必须有一个构造为 activity 的 client 端属性的值,并且它的 supplier 属性的值必须构为 Capability 。

注意 - 当构造型扩展 Connector 时,构造型属性 umlRole 的值为 “end[0]”” 和 “end[1].role 。 ”

这样做是因为 Connector 与被连接的元素没有直接的 “ 链接 ”; 它链接到 Connector Ends ,后者引用被链接的元素。因此, end[n] 提供对 ConnectorEnd 的引用,而 role 提供对链接元素的引用。

Metarelationship dependency

«metarelationship» 是一个依赖的构造型,显示某些领域概念将使用常规的 UML 关系来实现。

例如:一个 Capability 可能依赖于其他 Capability ,或者是 Capability 的子类型,但是这个概念不能在图上显示:

我们使用 «metarelationship» dependency 来可视化 dependency 和 generalization 的概念。

这个图应该按照如下方法阅读:

Capability 可以和其他的 Capabilities 相关, 此时使用 UML Dependency metaclass, ;
Capatility 也可以有其他 Capability 的子类型,此时使用 UML 的 Generalization metaclass 。

«metarelationship» dependency 将只是显示在规范的图上,但是不会出现在 profile XMI 里。

Stereotyped relationship dependency

尽管 «metarelationship» dependency 创建了一个好的方法来显示构造关系的约束的端,当显示 2 个构造型的关系的时候,它也产生了一些开销。例如,图 2 : 2 显示了子类型 Achiever 的元素和类型 ActualState 的元素之间有一个构造的关系叫做“ AchievedEffect ”。

UAF Stereotype (构造型)

UAFML 规范的 UAF Stereotype 章节提供 UAFML 中的各种构造型的元模型。

UAFML profile 导入整个 SysML profile 。这是为了与使用 SysML 的系统建模进行无缝的集成,这样就能够充分利用 SysML 所带来的能力。 这方面的一个例子是将需求集成到 UAFML 中,以及使用参数化图和基于实例规范的元素集成,这样就能够在架构开发过程中使用 UAFML 进行度量的评估。

如下是 UAFML 规范文档中的有关元素构造型的截图:

UAF View Specification ( UAF 视图规范)

UAF View Specification 的章节提供 UAF 的各种 view 的元模型。 目的是为开发人员和用户提供规范指导,告诉他们哪些 UAF 构造型和元约束适用于每个 UAF 视图规范。

如下是 UAF View Specification 中的一个 view 元模型截图:

 

后记

希望您读了此文后有所受益.

如果您有经验乐于分享,欢迎投稿给我们,如果您对我们的培训、咨询和工具感兴趣,欢迎了解:

•  建模工具: EA

•  MBSE 平台: iSpace

•  模型 web 浏览工具: WebEA

•  课程: 基于SysML和EA进行系统设计与建模

•  课程: 基于UML和EA进行系统分析设计

•  咨询方案: MBSE( 基于模型的系统工程 )

•  咨询方案: 基于 UML 的模型驱动的开发

•  所有建模有关的课程: http://www.modeler.org.cn/course/index.asp

•  咨询方案: 基于模型的工程管理

如果您希望了解更多信息:

  • 欢迎访问建模者频道 http://modeler.org.cn/
  • 也欢迎直接联系我们 zhgx@uml.net.cn ,010-62670969

作者简介:

俎涛,火龙果软件工程创始人, 2001 年创立了火龙果软件工程, 2004 年创立了 IBM Rational 用户组. 1998 年,曾作为骨干参与国家重点研究课题《面向特定领域基于组件的软件复用》,有幸比较深入的学习和使用的 UML 进行领域建模、提炼可复用组件和架构.在后来的研发项目中,一直采用模型进行分析设计,积累了一些心得和经验.在以往的经历中,最大的感触是汇聚了很多精英人才的软件工程和系统工程领域居然几十年都是一种凌乱迷蒙的状态,从自己的经历所得,觉得清晰的模型,才是拨开工程迷雾的关键所在,所以不断研究和应用各种建模技术,并从自己的工程实践中提炼经验,形成对于自己可持续的方法论,例如《 Nature Model Language- 自然建模语言》《基于模型的三维研发管理》《 iProcess 过程改进方法》《基于模型的需求管理》《模型驱动的架构设计》《基于模型的质量管理》《基于模型的人员能力管理》,目前正在作为产品经理和架构师,进行 MBSE (基于模型的系统工程)平台的研发,希望建立要给基于模型的工程解决方案,后续会不断写些文章,希望能给同行一些借鉴.

 

 

   
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