ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДЕЛЕ-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АРХИТЕКТУРЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

APPLICATION OF A MODEL-BASED APPROACH IN DESIGNING THE ARCHITECTURE OF AUTOMATED SYSTEMS

Anastasiya Galaktionova

student, Department of Systems Engineering, MIREA — Russian Technological University,

Russia, Moscow

Kseniya Sosedko

student, Department of Systems Engineering, MIREA — Russian Technological University,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Целью исследования является изучение моделе-ориентированного подхода при проектировании архитектуры автоматизированных систем. В ходе исследования с использованием метода Arcadia была построена архитектура системы “Умная колонка”. В результате было установлено, что выбранный метод является эффективным, а моделе-ориентированный подход обеспечивает улучшенное управление инженерными данными.

ABSTRACT

The aim of the research is to study a model-based approach in designing the architecture of automated systems. In the course of the study, using the Arcadia method, the architecture of the Smart Speaker system was built. As a result, it was found that the chosen method is effective, and the model-based approach provides improved management of engineering data.

Ключевые слова: система, архитектура, моделе-ориентированный подход, системная инженерия, метод Arcadia, инженерные данные, модель.

Keywords: system, architecture, model-based approach, system engineering, Arcadia method, engineering data, model.

INCOSE Systems Engineering Vision 2020 определяет моделе-ориентированную системную инженерию (MBSE) как формализованное применение моделирования для поддержки процессов определения системных требований, проектирования, анализа, верификации и валидации, начиная с этапа концептуального проектирования и продолжая в течение всего периода разработки и последующих этапов ЖЦ [1, с. 77].

MBSE подразумевает, что модель системы разрабатывается на ранних стадиях процесса и эволюционируют по мере разработки, в ходе жизненного цикла системы, выступая в качестве основы для процессов верификации и валидации.

В качестве преимуществ MBSE можно выделить следующие характеристики: 1)    точность представления инженерных данных; 2)    согласованность данных по рабочим продуктам и инженерным процессам; 3)     единственность источника инженерной правды – вся функциональная, поведенческая и структурная семантика системы точно и непротиворечиво представляется в модели; 4)    улучшенное представление и осмысление инженерных данных; 5)   простота интеграции разнородных инженерных данных (требований, компонентов архитектуры, модели данных и др.); 6)    улучшенное управление инженерными данными; 7)    ранняя верификация правильности инженерных данных[3, с. 250].

В качестве метода MBSE в данной работе будет использоваться метод Arcadia, основанный на использовании формального цифрового формата для определения, проектирования, анализа и проверки систем. Этот формат (понятия с их свойствами и взаимосвязями) определяется стандартным языком (метамоделью), который позволяет реализовать рабочие среды, предоставляющие услуги моделирования, такие как редактирование, визуализация, преобразование, сравнение, хранение и т. д. [2, с. 120].

Для разработки систем с применением подходов MBSE в работе используется инструментарий Capella, который помогает инженерам формализовать спецификацию проектируемой системы и представить системную архитектуру в визуальном виде, уровни архитектуры системы в Arcadia представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Уровни архитектуры системы в Arcadia

Указав теоретические аспекты и преимущества MBSE, перейдем к практическому применению метода Arcadia на примере построения архитектуры системы “Умная колонка”.

В качестве “Умной колонки” будем рассматривать устройство, оснащенное голосовым интерфейсом, с помощью которого устройство распознает человеческую речь, и Wi-fi модулем, с помощью которого устройство взаимодействует с поисковым и музыкальным сервисами. “Умная колонка” выполняет две основные функции: поиск и предоставление информации по запросу и предоставление подборки предпочтительных аудиозаписей.

С точки зрения метода Arcadia, архитектура системы разбивается на 4 уровня.

1. Уровень анализа применения системы является самым первым уровнем с точки зрения построения и самым верхним по методу Arcadia, рассматривающий проблемы, потребности и цели заинтересованных сторон.

Основной диаграммой на данном уровне является диаграмма сущностей, показывающая, как распределяются возможности применения между акторами и сущностями системы.

Рисунок. 2. Диаграмма сущностей

2. Функциональный уровень - второй по построению уровень, отражающий системные требования и функции.

Важнейшей диаграммой на функциональном уровне является диаграмма архитектуры системы, которая показывает, каким является внешний интерфейс системы

Рисунок. 3. Диаграмма архитектуры системы

3. Логический уровень включает в себя функции и акторов, определенных на 2 предыдущих уровнях архитектуры системы, идентифицируются логические компоненты, а также их свойства, функции и связи, которые показаны на диаграмме логической архитектуры.

Рисунок. 4. Диаграмма логической архитектуры

4. Физический уровень - самый нижний уровень архитектуры системы, на котором система рассматривается как “белый ящик”.

Диаграмма физической архитектуры показывает распределение функций системы по физическим компонентам и связи между ними.

Рисунок. 5. Диаграмма физической архитектуры

Таким образом, преимущество предлагаемого в Arcadia подхода к выстраиванию процесса проектирования и моделирования архитектуры разрабатываемой системы состоит в его универсальности. Он не задает строгих рамок, последовательностей деятельности, а лишь предоставляет структурированные модели с разбивкой по нескольким инженерным уровням проектирования. Связь между различными уровнями проектирования служит для прослеживаемости зависимости между разными компонентами и функциями, потребностями пользователей и возможностями системы, и помогает при проверке корректности выбранной архитектуры, однако не является определяющей в выборе последовательности работы с разными инженерными уровнями.

Список литературы:

1. ARCADIA И CAPELLA – принимая вызовы системной инженерии [Электронный ресурс]. - Режим доступа:  https://www.plm-ural.ru/materials/arcadia-i-capella-prinimaya-vyzovy-sistemnoy-inzhenerii (дата обращения: 01.03.2021)
2. Батоврин В. К. Системная и программная инженерия. Словарь – справочник: учеб. пособие для вузов. – М.: ДМК Пресс, 2010 – 280 с.
3. Системная инженерия. Принципы и практика: Косяков А., Свит У. и др.; Пер. с англ. под ред. В. К. Батоврина. - Москва : ДМК Пресс, 2017. - 636 с.