本篇屬于基于模型的系統工程(MBSE)專題系列第03篇內容，我們聊聊MBSE方法論之Arcadia相關內容，個人認為也是在汽車領域相對應用最廣泛的方法論之一，非常值得學習。

閱讀之前強烈建議參考之前系列文章:

為什么MBSE是系統復雜性應對之道

02 - MBSE系列: 方法論之OOSEM

在上一篇文章，我們聊到了MBSE方法論之OOSEM，包括其基本概念，建模語言，開發流程，邏輯架構的重要性等。

今天我們接著來聊聊MBSE方法論之Arcadia，主要包括以下內容:

• Arcadia基本概念
  

• Arcadia開發活動
  

• Arcadia建模語言

01

Arcadia基本概念

Arcadia(Architecture Analysis and Design Integrated Approach)是法國泰雷茲(Thales)集團針對MBSE專門開發的方法論，該集團專注于航空航天，交通運輸等領域。

Arcadia近幾年被廣泛應用到汽車行業，該方法論以架構模型建立為核心，貫穿產品整個開發過程，主要專注于以下幾點:

• 需求分析

• 架構構建

• 架構及時驗證和確認
  

其中，需求分析是SE重要步驟，為更好地捕捉用戶需求，Arcadia將需求分析分解為操作需求和系統需求分析兩個過程，為后續邏輯和物理架構模型的建立提供基礎，并對解決方案進行及時的驗證和確認。

Arcadia采用圖形化建模語言DSML(Domain Specific Modeling Language)和對應的建模工具Cappella，并在軟件中提供方法論引導，引導用戶進行系統架構建模，該軟件在業界應用也比較廣泛且開源，這部分內容我們會在第三部分進行介紹。

02

Arcadia開發活動

Arcadia核心在于架構，將系統開發過程分成不同的步驟，以此建立不同的層級的架構視圖，其開發活動如下圖所示:

圖片來源: Capella

• 操作分析(Operational Analysis):

用戶需求分析，即操作分析，是Arcadia需求分析第一步，它主要定義產品的參與者需要完成什么，需要進行哪些操作。

和其他方法論相比，雖然它們都是用戶產品需求捕獲，但側重點不太相同，它更側重產品參與者需要做什么，參與者和產品的操作行為或交互行為，以此為切入點分析參與者的對產品的需求，這也是操作分析中操作一詞的體現。

例如，下圖描述了用戶，廣播站，環境之間的操作交互關系，其中，整個廣播站系統(包括Radio Set)為產品本身，其余均為產品參與者，包括用戶(User)，環境(Environment)，通過用戶的交互操作，例如用戶對廣播電臺的操作包括收聽廣播，聽音樂。

圖片來源: Capella

• 系統分析(System Analysis): 

系統分析主要是識別系統為提供用戶的操作需求和目標，系統需要給用戶提供什么功能，但它不涉及解決方案，所以系統分析實質是功能分析。

那到底什么是功能? 它和需求以及解決方案到底有什么區別?

從本質上來講，功能的本質是需求，只不過是針對具體對象，被系統化歸類和劃分后的需求集合，所以功能源于需求，而解決方案是為了提供功能而采取的邏輯或物理技術解決手段。

繼續以Radio Set為例，對其進行系統分析，它需要給用戶提供的功能包括: 選擇電臺，播放廣播內容，接收廣播信號，至于如何實現這些功能不屬于系統分析范疇，需要下面兩個層級進行進一步分析。

圖片來源: Capella

• 邏輯架構(Logical Architecture): 

邏輯架構的意義請見MBSE第02部分內容。

邏輯架構的作用在于根據系統分析結果，考慮系統非功能性約束(包括安全，成本，周期等)，整合用戶對系統功能和非功能需求，識別出為執行或提供這些功能，系統需要的邏輯組件以及它們之間的相互連接關系。

Radio Set邏輯架構如下圖所示，深藍色部分為邏輯組件，包括接收器，控制單元，用戶界面，綠色部分為分配至邏輯組件的功能集合。

圖片來源: Capella

• 物理架構(Physical Architecture): 

根據邏輯架構，考慮系統具體物理實現方式，明確具體的軟件，硬件單元，并將邏輯組件映射到系統物理架構。

如下圖所示，Radio Set邏輯架構最終會被分配至具體的物理實現架構，包括具體的傳感器，控制單元，執行器，信號傳遞方式等。

圖片來源: Capella

除此之外，為了保證各層級架構的完整性和追溯性，需要建立不同層級架構之間的關聯關系，以便于后續進行需求變更時快速進行影響分析，找出需要變更的對象，變更影響，討論變更方案。

03

Arcadia建模語言

和INCOSE的方法論OOSEM相比，Thales沒有直接采取UML或SysML作為其建模語言，而是考慮到UML/SysML面對系統實際建模存在一定局限性以及UML/SysML均源于軟件系統，對于大多數系統工程師非計算機領域專家相對困難，所以為此泰雷茲專門開發了圖形化建模語言DSML(Domain Specific Modeling Language)和對應的建模工具Cappella，并在軟件中提供方法論引導，引導用戶進行系統架構建模，該軟件在業界應用比較廣泛且開源。

實際上熟悉Cappella的朋友應該了解，DSML語言基本和UML/SysML類似，其中75%的內容源于的UML/SysML，所以對于MBSE而言，UML/SysML屬于基礎圖形化建模語言，需要對其進行系統學習。

具體來講，DSML語言同樣定義了不同的視圖，用以表達不同的層面的架構模型。接下來我們簡單看下這些視圖長什么樣，大概作用是什么，具體的圖形語言介紹我們后期以UML/SysML為主，單獨再介紹。

DSML語言主要包括以下視圖:

• 場景圖 (Scenario Diagram)

場景圖類似于UML/SysML中的順序圖，主要描述模型元素之間信息交互及順序關系，它可以很好地顯示哪些對象與其它對象進行了通信，以什么樣方式觸發了這些通信。根據不同的需求，它可以描述功能場景，接口場景，交換場景，模式，狀態，功能也可以顯示在場景圖內。

如下圖所示，綠色或藍色方框表示模型元素實體，下方虛線屬于生命線，表示實體生命周期，生命周期上豎條是控制期，表示活動實體或對象處于執行狀態，生命線之間帶箭頭的線表示傳遞的消息。

• 分解視圖 (Breakdown Diagram)

分解視圖很明顯是用于表達系統的組成及其層級關系，也很好理解，再次不再贅述。

• 數據流圖 (Data Flow Diagram)

數據流圖用于表達不同系統或者組件之間數據交互靜態關系，它也是我們熟悉的接口表達方式。

• 架構視圖 (Architecture Diagram)

架構視圖以數據流圖為基礎，除了表達組件之間數據交互外，主要用于將功能組件劃分到系統或者子系統中。

• 模式與狀態圖 (Mode and State Diagram)

模式與狀態圖就是我們熟悉的Stateflow圖，表達系統或組件之間狀態的觸發及其變化過程。

• 類圖 (Class Diagram)

類圖架構視圖以數據流圖為基礎，除了表達組件之間數據交互外，主要用于將功能組件劃分到系統或者子系統中。

• 能力視圖 (Capability Diagram)

能力視圖屬于用例分析視圖，主要用于表達任務(Mission)，能力(Capability)和參與者(Actor)之間關系，多用于操作分析層級的用戶需求分析。

一般來講，這些視圖根據需要都可以應用到Arcadia不同工作層級，數據流圖，架構視圖，能力視圖應用最為廣泛。

最后附上Arcadia建模語言和UML/SysML主要對比和應用，感興趣的朋友可以復制下方鏈接前往閱讀:

https://www.eclipse.org/capella/arcadia_capella_sysml_tool.html

寫在最后:

MBSE方法論之Arcadia我們就聊完了，包括其核心，流程活動，語言等，希望能夠給朋友們理解MBSE應對系統復雜性帶來新的理解 。

END

文章來源：AUTO新世代