SysMLを活用したシステムエンジニアリング

SysMLを活用した
システムエンジニアリング
㈱オージス総研
組み込みソリューション部
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アジェンダ
概要編
なぜシステムエンジニアリングか
システムエンジニアリングとは
システムエンジニアリングとモデリング言語
SysMLの特徴
実践編
機能要求を検討する
要求を仕様化する
振る舞いを検討する
構造を検討する
論理ブロックを物理ブロックに割り当てる
性能を検討する
まとめ
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概要編：
なぜシステムエンジニアリングか
例題：電光掲示板を作成する
ib d [b lock ] コ ン テ キ スト [電光掲示板説明]
<<System>>
<<external>>
入力
ユ ー ザー
文字入力装置
電光掲示板
電光掲示板は入力された文字列を表示する。
文字列の長さが電光掲示板の表示領域より大きい場合はスクロールして全体を表示する。
スクロールは文字列の最後と最初を連結したループで行われる。
電光掲示板に文字列を入力する為の装置はシステムの範囲外である。
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概要編：
なぜシステムエンジニアリングか
テストＯＫ！
従来の開発
ソフト設計
電光掲示
電光掲示
板
板
要求
要求
スクロールすると
表示がちらつく！
テストＯＫ！
機械設計
システム
電気設計
転送した文字
が化ける！
テストＯＫ！
個別にテストＯＫでもシステムレベルで問題が発生！
従来のすりあわせ方開発では限界。
システムレベルの検討が重要
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概要編：
なぜシステムエンジニアリングか
市場要求・技術トレンド
市場要求・技術トレンド
例えば…
¾ エコ・グリーンIT対応（省電
力化、HV・EVの拡大等）
変化が小さければ
派生型開発や従来型
派生型開発や従来型
のすり合わせ開発で
のすり合わせ開発で
実現可能
実現可能
変化が大きいと
¾ 機能の複雑化（3Dテレビ、
ネットワーク家電等）
システムエンジニア
システムエンジニア
リングが
リングが必要
必要
市場要求
市場要求や
や技術トレンド
技術トレンドが変化しやすい現在、
が変化しやすい現在、
システムエンジニアリング
システムエンジニアリングが見直され始めている
が見直され始めている
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概要編：
システムエンジニアリングとは
システム
要求分析
システム
方式設計
システムエンジニアリング
システム
妥当性確認
システム
結合テスト
ソフトウェア
ソフトウェア
要求分析
妥当性確認
機械
機械
要求分析
妥当性確認
電気
電気
システムエンジニアリング
要求分析
妥当性確認
ソフトウェア
ソフトウェア
プロセスの規格例
方式設計
結合テスト
機械
機械
ISO15288(JIS X0170)
方式設計
結合テスト
電気
電気
IEEE1220
方式設計
結合テスト
ソフトウェア
ANSI/EIA632
実装
機械
SYSMOD
実装
電気
実装
※下流工程の分割は一例です
システムエンジニアリング ＝
ソフト・機械・電気等の分野に分ける前の全体設計
ソフト・機械・電機等の分野で共通に使えるモデリング言語が必要
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概要編：
システムエンジニアリングとモデリング言語
言語
SysML
MARTE
EAST-ADL
AADL
UML
適用分野
システム
全般
リアルタイム組
込みシステム
車載ECU
組込み
ソフト
ソフト
全般
システム要求分析
○
システム
方式設計
機能
○
○
○
性能
○
○
○
分野別要求分析
分野別
方式設計
○
○
機能
○
○
○
性能
○
○
○
○
システムエンジニアリング用モデリング言語には様々なものが
提唱されているが、SysMLは最上位に位置する汎用言語
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概要編：
SysMLの特徴
システムエンジニアリングにおいて、最上位レベルの検討を
行うのに適している。
XMIによるデータ交換に準拠。既存のUMLツールを容易に拡
張できる。
STEP AP233で規定されるシステムエンジニアリング分野の
データ交換規格に準拠。将来他モデリング言語との相互
データ交換によるハブ機能が期待される。
UMLよりコンパクトな仕様で覚えやすい。
UML 2
UMLからSysMLに
再利用された部分
SysML
SysML独自の拡
張部分
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概要編：
SysMLの特徴
UMLのクラ
ス図を拡張
UMLの複合構
造図を拡張
SysMLダイアグラムの種類
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実践編
例題：電光掲示板を作成する
ib d [b loc k ] コ ン テ キ ス ト [電 光 掲 示 板 説 明 ]
<<System>>
<<external>>
入力
ユ ー ザー
文字入力装置
電光掲示板
電光掲示板は入力された文字列を表示する。
文字列の長さが電光掲示板の表示領域より大きい場合はスクロールして全体を表示する。
スクロールは文字列の最後と最初を連結したループで行われる。
電光掲示板に文字列を入力する為の装置はシステムの範囲外である。
※処理を一部CPLDで行う
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実践編
システム要求分析
システム方式設計
振る舞いを検討する
機能要求を検討する
構造を検討する
ユースケース図による
ユースケース分析
論理ブロックを物理ブロックに
割り当てる
要求を仕様化する
性能を検討する
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実践編：
機能要求を検討する
機能要求をユースケース図にする
uc
電光掲示板
«extend»
・文字を入力するインターフェースは？
・表示可能な文字の種類は？
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実践編
システム方式設計
システム要求分析
振る舞いを検討する
機能要求を検討する
要求図による
要求の仕様化
構造を検討する
論理ブロックを物理ブロックに
割り当てる
要求を仕様化する
性能を検討する
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実践編：
要求を仕様化する
ユースケースを要求図で仕様化する
req
ユースケース
«requirement»
未決定
Text=CPLD駆動の電光掲示板を作成する
allocatedFrom
«useCase»表示する文字列を設定する
allocatedFrom
«useCase»文字列を表示する
«functionalRequirement»
«designConstraint»
未検討
«functionalRequirement»
«refine»
Text=表示する文字列を設定する
Text=手持ちの部品を可能な限り使う
Text=文字列を表示する
«functionalRequirement»
«refine»
«deriveReqt»
«refine»
«refine»
Text=表示可能な文字詳細は未定
«designConstraint»
I/F
«refine»
«performanceRequirement»
Text=利用可能な入力はRS-232C、
文字化けしない
Ethernet、I/O入力、DIPスイッチ
検討はこの先で
«deriveReqt»
Text=同時表示可能文字数は
8×16ドットフォントで4文字
«functionalRequirement»
allocatedFrom
«useCase»スクロールする
Text=文字列が表示領域に収まら
ちらつかない
ない場合はスクロールを繰り返す
検討はこの先で
«deriveReqt»
«refine»
«interfadceRequirement»
I/F
«functionalRequirement»
Text=文字入力I/FにはRS-232C又
はEthernetが利用可能
Text=スクロール速度はDIPス
イッチで16段階に設定
«deriveReqt»
«problem»
CPU版ではスクロール時
に表示がちらついていた
«performanceRequirement»
Text=表示はちらつかないこと
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実践編
システム要求分析
システム方式設計
振る舞いを検討する
機能要求を検討する
構造を検討する
アクティビティ図・ステートマシン図・
ブロック定義図による振る舞い検討
論理ブロックを物理ブロックに
割り当てる
要求を仕様化する
性能を検討する
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実践編：
振る舞いを検討する(1)
アクティビティ図で振る舞いを検討する
電源On/Offが仕様
に無かった・・・
基本振る舞い構造
電源ONするとグラフィック生成及びMatrixLED制御信号生成を開始
グラフィック生成はMatrixLED制御信号生成をOn/Offする
仕様に電源ON/OFFに関する記述がされていなかった
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実践編：
振る舞いを検討する(2)
ステートマシン図で状態を検討する
表示不可能文字列を
受信したらどうする？
状態構造
タイムアウト規定が
仕様に無い・・・
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実践編
システム要求分析
システム方式設計
振る舞いを検討する
機能要求を検討する
構造を検討する
ブロック定義図・内部ブロック図による
構造検討
論理ブロックを物理ブロックに
割り当てる
要求を仕様化する
性能を検討する
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実践編：
構造を検討する(1)
ブロック定義図・内部ブロック図で論理構造を検討する
物理ブロック
割り当て対象
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実践編：
構造を検討する(２)
ブロック定義図で物理構造を検討する
bdd
論理ブロック
割り当て対象
«block»
2
«block»
CPU
«block»
DIP
«block»
CPU
«block»
RS-232C
«block»
CPU
«block»
LED
«block»
CPLD
«block»
CPLD
«block»
Matrix LED
«block»
IC
«block»
DRAM
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実践編
システム要求分析
システム方式設計
振る舞いを検討する
機能要求を検討する
アロケーションによる
ブロック割り当て
構造を検討する
論理ブロックを物理ブロックに
割り当てる
要求を仕様化する
性能を検討する
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実践編：
論理ブロックを物理ブロックに割り当てる
<<allocate>>指定でブロック割り当てを記述する
«allocate»
CPU
パターン３：文字列以降をCPLDに割り当て
パターン２：スクロール制御をCPLDに割り当て
パターン１：ドット列情報生成までCPUに割り当て
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CPLD
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実践編
システム要求分析
システム方式設計
振る舞いを検討する
機能要求を検討する
構造を検討する
ブロック定義図・パラメトリック図による
トレード分析
論理ブロックを物理ブロックに
割り当てる
要求を仕様化する
性能を検討する
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実践編：
性能を検討する(1)
制約ブロックに数式を定義し、パラメトリック図で関係を記述する
パラメトリック図
制約ブロック定義
※<<moe>>：measure of effectiveness
トレード分析の指標値
物理ブロックのプロパティをパラメトリック図のパラメータ入力とする
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実践編：
性能を検討する(2)
パラメトリック図をシミュレーションする
CPLDによるバス占有時間(tl)は最大で2μsなので、RS-232Cのハードリ
アルタイム制約260μsに対して問題は無い
クロックを最大の0.3MHzにするとCPLDのバス占有率は最大21%強となる。
パソコンのディスプレイで使われる60fps相当の描画クロック(0.02MHz)
なら1.4%強で問題なし。
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まとめ
テストＯＫ！
モデルベース開発
ソフト設計
テストＯＫ！
電光掲示板
電光掲示板
要求
要求
テストＯＫ！
機械設計
システム
システム設計
電気設計
・システムモデリングで仕様を視覚化
・異分野技術者間の情報伝達促進
・システム段階で仕様をすり合わせ
テストＯＫ！
システム不具合の減少
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まとめ
SysMLの要求図を用いてシステムモデリングを行うと、エンジニア
の頭の中で完結しがちな「要求を仕様にする過程」が視覚化でき
ます。
SysMLの要求図を用いてシステムモデリングを行うと、仕様のバリ
エーションや選択された実装方法とその理由を視覚化できます。
SysMLの構造図を書く事により、ソフト・ハードを意識しない機能ブ
ロックを抽出できます。
SysMLの振る舞い図を書くことにより、仕様の抜け漏れを発見でき
る機会が増大します。
SysMLの割り当てを活用することにより、機能をソフト・ハードにど
のように割り当てるか視覚化できます。
SysMLの割り当てを活用することにより、要求から部品へのトレー
サビリティが確保されます。
SysMLのパラメトリック図を書くことにより、性能を左右する制約条
件を視覚化（ツールによっては性能のシミュレーションも）すること
ができます。
シミュレーションによる性能評価は、今後のツール発展に期
待したいところです。
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弊社「システムモデリング」教育コースマップ
実践
システムモデリング
設計・実装
（3日コース）
６月３日（金）開催
只今申し込み受付中！
※提供予定
SysMLによるシステムモデリング実践
（2日コース）
９月開催予定
SysMLによるシステムモデリング入門
（1日コース）
理論
SysML
SysML
入門
入門
利害関係者
利害関係者
要求定義
要求定義
要求分析
要求分析
方式設計
方式設計
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実装
実装
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