敏捷系统工程

敏捷系统工程Agile Systems Engineering 《敏捷系统工程》表达了系统工程的一种愿景，即在敏捷的工程背景环境中，精确的需求规范、结 构和行为可以满足系统安全性、安保性、可靠性以及性能等更大的关注。 　　世界著名的作家及演说家Bruce Powel Douglass博士将敏捷方法和基于模型的系统工程(MBSE)有机结 合在一起，定义了系统整体的特性，从而避免传统的基于文档规范的方式所带来的错误。 　　《敏捷系统工程》阐述了系统开发的整个生命周期，包括需求、分析、设计以及向特定工程学科的 转交。Douglass博士自始至终都将敏捷方法与SysML和MBSE相结合，进而为系统工程师提供概念和方法 层面应用的流程指南，使他们可以避免规范中的缺陷并改进系统的质量。与此同时，敏捷方法可以降低 系统工程的工作和成本。主要特色 ◆ 识别出在系统工程的环境中如何更有效地应用敏捷方法的概念和技术 ◆ 展示了如何进行基于模型的功能分析并将分析的结果往回与系统需求和利益攸关者需要相关联，并往 前与系统架构和接口定义相关联 ◆ 提供了一种用于保证系统工程数据质量和正确性的方式(并且是在系统建造之前) ◆ 解释了敏捷系统架构的规范以及系统功能到系统组件的分配 ◆ 阐释了如何将工程规范数据传递到下游工程而不发生保真度的丢失 ◆ 包括了跨行业系统全生命周期中不同阶段的详细案例，其中以工业外骨骼“Waldo”为例介绍了复杂系 统的系统工程过程

Bruce Powel Douglass 3岁时开始自学读书，不到12岁就开始学习微积分。他14岁辍学游历美国，几年后进入俄勒冈大学学习数学专业。他终获得俄勒冈大学运动生理学科学硕士学位以及USD医学院神经生理学博士学位。他在USD医学院期间提出了一个名为自相关因子分析的数学分支，用于研究多细胞生物神经系统中的信息处理。
Bruce作为软件开发人员和系统工程师在实时嵌入式系统领域已经工作超过30年，是实时嵌入式系统领域著名的演说家、作者与顾问。他是嵌入式系统大会和UML世界大会的顾问委员会的成员之一，并在会议上讲授过关于系统工程、项目估算和调度、项目管理、面向对象的分析与设计、通信协议、有限状态机、设计模式以及安全性关键系统设计方面的课程。Bruce 在实时系统、软件设计以及项目管理方面有多年的开发、授课与咨询经验。他还为很多(特别是实时领域内的)杂志和期刊撰文。
Bruce是IBM物联网(IoT)业务部的首席布道师。作为首席布道师，除了披荆斩棘开拓道路，他更像是一位首席科学家。Bruce与UML合作伙伴在UML与SysML标准的规定方面密切合作。他开发了用于Rhapsody建模工具的个DoDAF的UML概要以及其他概要，例如故障树分析概要以及安保性分析概要。他是对象管理组组织的实时分析和设计工作组的副主席。他还撰写了其他几本关于系统与软件开发方面的书籍，包括Doing Hard Time: Developing Real-Time Systems with UML, Objects, Frameworks and Patterns(Addison-Wesley, 1999)、Real-Time Design Patterns: Robust Scalable Architecture for Real-Time Systems(Addison-Wesley, 2002)、 Real-Time UML 3rd Edition: Advances in the UML for Real-Time Systems(Addison-Wesley, 2004)、Real-Time Agility(Addison-Wesley, 2009)、Design Patterns for Embedded Systems in C(Elsevier, 2011)、 Real-Time UML Workshop for Embedded Systems(Elsevier, 2014)等，以及一本关于乒乓球方面的短篇教材。
Bruce喜欢古典音乐，古典吉他弹奏水平达到专业水准。他参加过多场体育比赛，包括乒乓球、自行车极限马拉松赛、赛跑以及全接触跆拳道，尽管目前还只是与打不还手的静物交手。他近重新回到三项全能运动比赛以及自行车极限马拉松赛，并在2014年首次参加了铁人三项比赛。
Bruce在全世界进行广泛咨询与培训活动。如果你对此感兴趣，可以通过Bruce.Douglass@us.ibm.com与他联系。

目 录

第1章 什么是基于模型的系统工程 1

1.1 关键的系统工程活动 1

1.1.1 识别客户需要 2

1.1.2 规定系统需求 2

1.1.3 评估可依赖性 3

1.1.4 评价备选架构和技术 3

1.1.5 选择特定架构和技术 4

1.1.6 分配需求和接口到架构 4

1.1.7 向下游工程转交 4

1.1.8 将学科特定的设计综合至系统组成 5

1.1.9 以整体验证系统 5

1.1.10 系统确认 8

1.2 系统工程数据 8

1.2.1 系统开发规划 8

1.2.2 利益攸关者需求 9

1.2.3 系统需求 9

1.2.4 认证规划 9

1.2.5 子系统需求 9

1.2.6 学科特定的需求 9

1.2.7 安全性分析 10

1.2.8 可靠性分析 10

1.2.9 安保性分析 10

1.2.10 系统架构 10

1.2.11 综合测试规划 11

1.2.12 综合测试 11

1.2.13 验证规划 11

1.2.14 验证试验 12

1.2.15 确认规划 12

1.2.16 追溯矩阵 12

1.2.17 综合测试结果 13

1.2.18 验证结果 13

1.2.19 确认结果 13

1.3 系统工程的生命周期 13

1.3.1 V模型生命周期 13

1.3.2 增量式 15

1.3.3 混合式 16

1.4 基于模型的系统工程(MBSE) 17

1.4.1 建模的优势 17

1.4.2 用UML和SysML进行高精度建模 20

1.4.3 建模是敏捷系统工程的根本 20

1.4.4 在你的组织或项目中采纳建模 21

1.4.5 建模规则 25

1.5 总结 27

参考文献 27

第2章 什么是敏捷方法 29

2.1 敏捷宣言 30

2.2 敏捷方法的益处 32

2.2.1 提高工程数据的品质 32

2.2.2 提高工程效率 32

2.2.3 尽早获得投资的回报(ROI) 33

2.2.4 利益攸关者满意 33

2.2.5 增强了项目控制 33

2.2.6 响应变化 33

2.2.7 更早且更大幅度地降低项目风险 33

2.3 将敏捷宣言应用于系统工程 34

2.3.1 增量式地工作 34

2.3.2 动态地规划 34

2.3.3 主动降低项目风险 35

2.3.4 持续地验证 36

2.3.5 连续地综合 36

2.3.6 用例1：在空域中发现轨迹 36

2.3.7 用例2：进行定期的内置测试(PBIT) 36

2.3.8 频繁地确认 37

2.3.9 建模是aMBSE的根本 37

2.4 针对系统工程的敏捷实践 37

2.4.1 工作产品的增量式开发 38

2.4.2 工作产品的持续验证 38

2.4.3 可执行的需求模型 39

2.4.4 链接到文本规范的基于模型的规范 41

2.4.5 连续的可依赖性评估 41

2.4.6 主动的项目风险管理 42

2.4.7 向下游工程的基于模型的转交 43

2.4.8 动态的规划 43

2.5 汇总：Harmony aMBSE流程 45

2.5.1 启动项目 47

2.5.2 定义利益攸关者需求 49

2.5.3 系统需求定义和分析 50

2.5.4 途径1：基于流的用例分析 51

2.5.5 途径2：基于场景的用例分析 51

2.5.6 途径3：基于状态的用例分析 52

2.5.7 架构分析 53

2.5.8 架构设计 55

2.5.9 进行迭代回顾 56

2.5.10 向下游工程转交 57

2.5.11 控制项目 58

2.5.12 进行品质保证审计 59

2.5.13 管理变更 59

2.6 总结 59

参考文献 60

第3章 SysML介绍 61

3.1 SysML概览 61

3.2 UML扩展机制 64

3.2.1 SysML模型元素 65

3.2.2 SysML图 66

3.2.3 行为图 67

3.2.4 需求图 68

3.2.5 结构图 69

3.3 组织你的模型很重要 72

3.4 关键SysML视图和核心语义 76

3.4.1 块、关系、接口和端口 76

3.4.2 顺序图 86

3.4.3 活动、动作和活动图 89

3.4.4 状态机图 94

3.5 小SysML概要 103

3.6 总结 105

3.6.1 摘自UML 105

3.6.2 修改 105

3.6.3 新元素 106

参考文献 106

第4章 敏捷的利益攸关者需求工程 107

4.1 目标 107

4.2 利益攸关者需求工作流 107

4.2.1 牢记——这是敏捷MBSE 109

4.2.2 什么是用例 109

4.2.3 用例图 112

4.3 示例模型：T-Wrecks工业外骨骼 116

4.4 识别利益攸关者 117

4.4.1 驾驶员 118

4.4.2 机队管理人员 118

4.4.3 维护人员 118

4.4.4 采购方 118

4.4.5 安装人员 119

4.4.6 T-Wreckers测试团队 119

4.4.7 制造工程师 119

4.5 生成利益攸关者需求 119

4.5.1 什么是需求 119

4.5.2 性能需求和其他QoS需求121

4.5.3 需求可视化 122

4.5.4 需求管理工具 124

4.5.5 组织利益攸关者需求规范 124

4.6 对利益攸关者用例场景建模 124

4.6.1 什么是用例场景 125

4.6.2 场景分析工作流 127

4.6.3 T-Wrecks利益攸关者用例场景 129

4.7 创建/更新确认规划 135

4.8 总结 136

4.8.1 识别利益攸关者 136

4.8.2 生成利益攸关者需求 136

4.8.3 对利益攸关者用例场景建模 136

4.8.4 创建/更新确认规划137

4.9 未完待续 137

参考文献 137

第5章 敏捷的系统需求定义和分析 139

5.1 目标 139

5.2 系统需求工作流 139

5.2.1 识别系统用例 140

5.2.2 生成/更新系统需求141

5.2.3 进行用例分析 141

5.2.4 创建逻辑数据模式 142

5.2.5 分析可依赖性 142

5.2.6 创建/更新系统验证规划142

5.3 识别系统用例 142

5.4 生成系统需求 143

5.5 分析用例 144

5.5.1 基于流的用例分析 144

5.5.2 基于场景的用例分析 160

5.5.3 基于状态的用例分析 176

5.6 创建/更新逻辑数据模式 189

5.7 可依赖性分析 192

5.7.1 安全性分析 192

5.7.2 T-Wrecks初始可依赖性分析 201

5.8 创建/更新验证规划 204

5.9 总结 204

5.10 未完待续 205

参考文献 205

第6章 敏捷的系统架构分析与权衡研究 207

6.1 目标 207

6.2 架构分析工作流 208

6.2.1 识别关键的系统功能 209

6.2.2 定义备选解决方案 209

6.2.3 架构权衡研究 209

6.2.4 将多个解决方案并入系统架构 210

6.2.5 定义评估准则 210

6.2.6 向准则分配权重 210

6.2.7 为每个准则定义效用曲线 211

6.2.8 向众多备选解决方案分配MOE 211

6.2.9 确定解决方案 211

6.3 评估方法 211

6.3.1 简单方法 211

6.3.2 高保真方法