SysML模塊定義圖(BDD, Block Definition Diagram)

1、引言

SysML中的模塊定義圖，英文爲 「Block Definition Diagram」，簡稱BDD，是系統建模過程當中最爲常見的圖之一，BDD是一種結構圖，它主要對系統的結構組成以及組成元素間的關係進行描述。SysML中的圖相似於UML中的類圖，在學習的過程當中能夠以類比的方式進行學習。

2、模塊定義圖介紹

以下圖所示，BDD中能夠包含 包、模型、模型庫、視圖、模塊和約束模塊。其中最爲重要和常見的是模塊和約束模塊。包、模型、模型庫、視圖在後續系列文章中論述，咱們僅關注BDD中經常使用的模塊和約束模塊，本文重點介紹模塊。

約束模塊是SysML中的一種定義元素，常見狀況下在約束模塊中定義約束表達式。約束模塊通常用於搭配參數圖構建系統的數學模型。

1. 模塊的表達方式

模塊時SysML中的基本單元，其對應於系統中的任意實體，咱們可使用模塊對系統中的實體進行建模。經過帶有<<block>>標識的矩形框表示，其後帶有模塊的名稱（用戶自定義），另外，還能夠經過可選的其餘分隔框，用來標識模塊的其餘組成。例以下圖所示，該模塊定義爲 包含 值屬性 和 操做屬性分隔框。

 BDD屬性包含行爲屬性和結構屬性。顧名思義，結構屬性表達了實體的結構組成該部分，而行爲屬性則表達了實體所具備的行爲特徵。

1.1 結構特性

以下圖所示，結構特性包含值屬性、組成屬性、引用屬性、約束屬性、端口共 5 種類型，其在模塊中分隔框的頭部表示參考下圖中的英文表示。已值屬性爲例，其分隔框頭部標識爲 values，其餘的屬性相似。

 

 

　　值屬性：SysML規定的命名規則爲 <value name>：<type>[<multiplicity>] = <default value>。值屬性的類型（type）是在SysML圖中某處定義的「value type」(值類型也是一種SysML元素，用戶能夠靈活定義值類型).

　　約束屬性：SysML規定的命名規則爲 <constraint name>:<type> 。約束名稱爲用戶自定義，約束類型是用戶在SysML圖的某庫定義的 約束模塊 的名稱。通常狀況下，約束模塊用於定義一種數學關係約束，約束屬性是對約束模塊的引用。

　　引用屬性:SysML規定的命名規則爲  <reference name>:<type>[<multipicity>]。type是用戶在SysML的某庫定義的模塊或者執行者，大部分狀況下是模塊，相似於UML 中類與類間的引用。SysML中引用表示的是一種 「須要」 語義，引用屬性標示了引用模塊與被引用模塊之間存在關聯，多是爲了數據交換、實踐傳遞等，總之，兩者之間存在聯繫。

　　組成部分屬性:  SysML規定的命名規則爲 <part name> : <type> [<multiplicity>]。type是用戶在SysML的某庫定義的模塊名稱。multiplicity表示了實例的數量。組成屬性標示的是一種 「所屬」 關係，模塊是由組成部分屬性所映射的模塊組成。這種 「所屬」關係所表述的意義不只僅侷限於物理層面的「所屬」，如發動機是汽車的組成部分。一樣能夠表述邏輯的所屬，例如邏輯上的軟件元素間的所屬關係。另外，所屬還有一層含義，SysML明確聲明，組成部分屬性一次只能屬於一個複雜結構，但能夠移除。

　　端口： 端口表示了一種結構對外提供的交互點，外部能夠經過該交互點與模塊進行交互-數據或事件等等。端口與軟件的接口概念不一樣，其含義更加普遍。端口能夠表明任意類型的交互點，例如物理的鏈接點，軟件層面的消息隊列，公司間的交互點如網站、郵箱等等。對端口的理解不要侷限於軟件接口，要從更加抽象的層次去理解和定義。你們只要記住其本質：端口是某一結構對外部結構提供的交互點，是結構間進行數據或事件、功能交換點的一種方式和抽象。另外，從端口的本質咱們能夠看出，它表明了一種「封裝」的思想，這是面向對象的最多見而且最爲關鍵的特性之一。封裝有助於隱藏實現的細節，下降系統認知的複雜性以及系統間的耦合度。SysML V1.2和 V1.3的端口類型略有不一樣，在後續系列文章中再進行詳細說明。

 

1.2 行爲特性

　　行爲屬性是對系統或結構的行爲的表達，在SysML中包括 操做（operations ）和 接收（receptions）。操做表示一種調用後執行的行爲，也就說operations是基於調用事件觸發的。通常狀況下，operations表明一種同步行爲，但SysML並無對其作嚴格限制，設計者能夠把任何行爲定義爲操做。

　　操做：  經過「operations」進行標識，其格式爲：<operation name>  (<parameter list>)  : <return type>[<multiplicity>]。操做是一種調用事件觸發的行爲，能夠具備返回值和輸入及輸出參數。SysML中對此不作同步和異步行爲的區分，均可以經過 「操做」 進行表述。

 　  接收：  經過「receptions」進行標識，其格式爲：<<signal>> <reception name>  (<parameter list>) 。操做是一種信號事件觸發的行爲，且，其老是表明異步行爲，無返回值，參數只有輸入，沒有輸出。注意標識中的<<signal>>，這是必須的標識。另外，接收名稱須要與模型某處定義的<<signal>>模型元素的名稱一致。

 

3、模塊間的關係

　　相似於UML的類圖間的關係，SysML模塊間也存在關聯、泛化和依賴關係，其中關聯又能夠分爲 引用關聯和組合關聯。

1. 引用關聯

    引用關聯表示雙方存在一種鏈接，雙方能夠相互訪問。

    SysML中模塊間的引用關聯經過實線標識，若實線無箭頭，則表明雙向訪問，如有箭頭，則表示單向的訪問。舉例以下圖所示，模塊A和B存在關聯關係，連接名稱爲「Link」，A中有B的引用屬性bList，多樣性爲 1 -  5個。模塊B中有模塊A的引用屬性a，多樣性爲 1 個。

 

2. 組合關聯

    組合關聯表達的是一種構成關係，組合段的模塊實例由組成部分端的實例組合而成。

    SysML中組合關聯的標識法是帶有實心菱形的實線。沒有箭頭表示雙向訪問，有箭頭表示單向訪問。菱形端是組合端，另外一端是組成部分端。舉例以下圖所示,模塊A是模塊的結構組成部分。A和B是雙向引用。在B中有模塊A的引用屬性a,多樣性爲 1 個。在模塊A中有關於模塊B的引用b，多樣性爲 0 - 1 個。因爲B是組成端，A是組成部分端，所以，在A中最多隻能有 1 個B引用實例。

 

3. 泛化

    泛化表達的是一種繼承關係，子類型繼承超類型的特性，並對超類型特性進行擴展或重定義。泛化是可傳遞的。從廣義上講，泛化對應於面向對象思想中的繼承，泛化有利於設計者面向抽象進行設計。設計者能夠基於繼承方式擴展出新的子類型，利用依賴倒置的原則實現便捷的擴展，所以這種設計方式有利於提升系統的可擴展性。

    SysML中泛化關係的標識法爲一條帶有空心三角箭頭的實線。超類型位於箭頭段，子類型位於非箭頭段。舉例以下圖所示，模塊A繼承自模塊B.

 

4. 依賴

    依賴表述的是兩個模塊間一方依賴於另外一方，當另外一方改變時，則依賴房可能也須要改變。這也是模型間跟蹤性的體現。

    SysML中依賴關係經過帶有箭頭的虛線標識。箭頭端是被依賴着，非箭頭端是依賴者。同時，SysML中對依賴關係進行了泛化，定義了幾種特定類型的依賴關係，例如需求圖中常常出現的跟蹤、知足、驗證等多種關係都是依賴的特定類型。以下圖所示，模塊A依賴於模塊B。

4、總結

　　模塊定義圖描述了系統的結構化信息，包括系統的結構類型及關係、結構提供以及須要的服務、結構所遵循的約束、系統中的值類型。

　　模塊間的泛化關係提現了面向抽象設計的思想，方便系統的擴展。

　　模塊的結構特性「端口」體現了封裝的思想，下降系統間的耦合。

　　約束模塊及約束屬性描述了模塊結構的約束關係，通常和參數圖搭配使用，用於構建系統的數學模型。

     BDD描述告終構及結構件的關係，但未給出結構間聯繫的內部結構，這些有內部模塊圖IBD補充。

　　BDD涉及了約束屬性和約束模塊，但精確的系統數學模型搭建還須要參數圖的配合。

 

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