Partie 1 : Introduction

1. Avant-propos

A good notation has subtlety and suggestiveness which at times makes it almost seem like a live teacher.

The World of Mathematics (1956)
— Bertrand Russell

1.1. A qui est destiné ce document?

Les étudiants qui découvrent le langage, mes collègues enseignants qui cherchent un document de cours et d’exercice accessible, et … moi-même (pour organiser mes notes diverses)!

1.2. A qui n’est-il pas destiné?

Si vous appartenez à l’une de ces catégories, ce livre n’est pas pour vous :

  • vous cherchez un livre de référence (pour cela, même s’il est en anglais, je conseille [FMS])

  • vous voulez vous perfectionner (ce livre n’est qu’une introduction)

  • vous souhaitez préparer la certification de l’OMG (mieux vaut vous plonger dans la spécification [SysML])

1.3. Historique

Ce document est la compilation de plusieurs années d’enseignement de SysML depuis 2007, que ce soit :

  • au Master TI, de l’Université de Pau et des Pays de l’Adour (cours d’introduction avec mon collègue et ami Nicolas Belloir),

  • au Master Recherche SAID, de l’UPS (introduction),

  • au Master ICE de l’Université de Toulouse II - Le Mirail (introduction avec mon collègue et ami Pierre de Saqui Sannes),

  • au Master of Science de Göteborg, Suède (introduction réalisée par Nicolas Belloir),

  • à l’Universitad Autonoma de Guadalajara, au Mexique (40h de formation professionnelle aux employés de Continental),

  • ou plus récemment au Master DL-SI de l’UPS.

Vous trouverez en référence (cf. Bibiliographie) les ouvrages et autres documents utilisés.

Je tiens à remercier mes collègues qui m’ont aidé dans mon entreprise :

  • Nicolas Belloir de l’Université de Pau et des Pays de l’Adour, Laurent Nonne de l’IUT de Blagnac et Karina Aguilar de l’Universitad Autonoma de Guadalajara;

  • mes collègues de SysML-France : Pascal Roques (PRFC), Agusti Canals (C-S) et Loïc Féjoz (RTaW);

  • mon maître d’AsciiDoc : Jean-Michel Inglebert.

1.4. Sur l’auteur

1.5. Comment lire ce document?

1.5.1. Version électronique

Ce document a été réalisé de manière à être lu de préférence dans sa version électronique, ce qui permet de naviguer entre les références et les renvois interactivement, de consulter directement les documents référencés par une URL, etc.

Important Si vous lisez la version papier de ce document, ces liens clickables ne vous servent à rien, et c’est votre punition pour avoir utilisé du papier au lieu du support électronique!

1.5.2. Conventions typographiques

J’ai utilisé un certain nombre de conventions personnelles pour rendre ce document le plus agréable à lire et le plus utile possible, grâce notamment à la puissance d’AsciiDoc :

  • Des mises en formes particulières concernent les noms de personnalités (e.g., Jean-Michel Inglebert), etc.

  • Les références bibliographiques présentées en fin de document (cf. Bibliographie) sont complétées par le numéro des pages (lien clickable dans la version électronique de ce document) qui renvoie à l’endroit du document où elles sont citées.

  • Tous les flottants (figures, tableaux, définitions, etc.) sont listés à la suite de la table des matière.

  • Les termes anglais (souvent incontournables) sont repérés en italique, non pas pour indiquer qu’il s’agit d’un mot anglais, mais pour indiquer au lecteur que nous employons volontairement ces termes (e.g., Requirements).

1.6. Pourquoi parler de "document"?

Parce que j’ignore la version que vous êtes en train de lire. A partir de l’original, plusieurs versions ont été générées grâce à AsciiDoc:

  • pour le web (Moodle) au format html

  • pour présentation en amphi au format slidy ou deck.js

  • pour impression au format pdf

  • pour lire au format Kindle (bientôt!)

1.7. Utilisation et autres mentions légales

Dernière MAJ : 26/11/2012 - 20:40:07 CET
Document généré par Jean-Michel Bruel via AsciiDoc (version 8.6.8) de Stuart Rackham. La version présentation a été générée en utilisant W3C HTML Slidy © de Dave Raggett, amélioré par Jean-Michel Inglebert. Pour l’instant ce document est libre d’utilisation et géré par la Licence Creative Commons. Licence Creative Commons licence Creative Commons Paternité - Partage à l'Identique 3.0 non transposé.

N’hésitez pas à m’envoyer vos remarques en tout genre en m'écrivant ici.

2. Méthode pour cet ouvrage

Everything should be made as simple as possible, but not simpler.

— Albert Einstein

Mon approche pédagogique repose sur plusieurs principes bien établis :

La répétition

Par exemple certains diagrammes sont abordés plusieurs fois (comme le diagramme paramétrique). Le lecteur pourra avoir une impression de redite par moment. Sauf erreur de ma part (toujours possible!), c’est volontaire. En général les répétitions vont en niveau de précision, de détails et de complexité croissant.

L’illustration

Dans la mesure du possible, j’essaye de donner des exemples aux principes énoncés.

Le référencement

Les définitions ou autres affirmations sont tirées d’ouvrages de référence généralement citées.

La "carte de base"

J’aime réaliser une "carte"
[voir aussi le concept de Mind Maps.]
 qui sert à "placer" les différents concepts abordés. Il me semble que cela permet aux étudiants de raccrocher les nouveaux concepts aux précédents.

A part le chapitre d’UML à SysML, aucune connaissance particulière d’UML n’est nécessaire. Il s’agit d’un partie pris prenant en compte plusieurs points :

  • La plupart des ingénieurs systèmes ne connaissent pas UML

  • Les étudiants de STI2D ne connaissent pas UML et sont pourtant formés à SysML

  • Ceux qui connaissent UML auront sûrement plaisir à retrouver les bases

3. C’est quoi SysML?

Si vous ne deviez lire qu’un seul chapitre, voilà ce qu’il faudrait retenir…

Note
Carte d’identité

  • Date de naissance : 2001!

  • Version actuelle : 1.3 (12/06/2012)

  • Paternité : OMG/UML + INCOSE

  • Auteurs principaux

    • Conrad Bock

    • Cris Kobryn

    • Sanford Friedenthal

SysML, c’est :

  • Un ensemble de 9 types de diagrammes :

    • Diagrammes structuraux

      • Diagrammes de définition de blocks (bdd)

      • Diagrammes internes de blocks (ibd)

      • Diagrammes paramétriques (par)

      • Diagrammes de packages (pkg)

    • Diagrammes comportementaux

      • Diagrammes de séquence (seq)

      • Diagrammes d’activité (act)

      • Diagrammes de cas d’utilisation (uc)

      • Diagrammes d'états (st)

    • Diagramme d’exigence (req)

  • Un profil UML, c’est à dire une extension de cette notation

  • Une notation de plus en plus enseignée et connue et qui servira donc de plus en plus de référence à la modélisation des systèmes

SysML, ce n’est pas :

  • Une méthode ou une démarche de développement de système

  • Un outil

  • Un raton laveur (c’est juste pour voir ceux qui suivent)

4. A propos du Bac STI2D

Si vous utilisez cet ouvrage dans le cadre du bac STI2D qui a introduit depuis 2011 la notation SysML au programme, nous donnerons ici (bientôt) des conseils sur l’utilisation de ce cours
[Je remercie au passage les collègues de Lycée rencontrés dans le cadre de SysML-France pour nos fructueuses discussions à ce sujet.]
.

L’objectif en STI2D n’est pas de former des spécialistes de SysML mais de permettre à tous d’apprendre une notation pour la modélisation de système qui se veut universelle. Il ne faut donc pas viser la complétude ou même demander trop de détails. La logique de la démarche de modélisation et l’importance de la communication devront primer.

A l’heure où nous écrivons ces lignes, il est également prévu de l’enseigner en classe prépa dès 2013.

5. Un exemple fil rouge

L’exemple de système qui sera modélisé tout au long de ce livre en guise d’exemple est l’exemple d’un système de gestion et de supervision de crise. Les détails sont donnés en annexe (cf. Annexes).

Il existe un certain nombre d’autres exemple complets :

Partie 2 : Ingénierie système

1. Introduction

La matrice qui nous servira de "carte de base" pour placer les activités ou les modèles, sera celle-ci :

Table 1. La carte de base
Requirements Structure Comportement Transverse

Organisation

Analyse

Conception

Implémentation

1.1. Points de vue

Dans un axe horizontal, j’ai différencié quatre grands points de vue :

Requirements

Les exigences et leur prises en compte sont un éléments critique pour le succès du développement du système. Sans explorer l’ensemble des activités d’ingénierie système (ce qui nécessiterait tout un volume du type de [reqs]) nous insisterons beaucoup sur cet aspect qui est souvent à l’origine de l’intérêt de SysML.

Structure

La description de l’architecture et des éléments constitutifs du système, avec les blocs, leurs relations, organisations internes, etc. constituera un point de vue important. C’est souvent la partie de SysML qui pose le moins de problème aux débutants.

Comportement

Le comportement d’un système est du point de vue de l’utilisateur final beaucoup plus important que la structure elle-même. C’est la partie qu’il est la plus à même d’exprimer, de comprendre (vos modèles) et de valider.

Transverse

Un certains nombre de concepts sont transverses aux trois points de vue précédents. Il s’agira principalement de parler de cohérence entre les phases de développement ou entre les points de vue.

1.2. Phase de développement

Dans un axe vertical, j’ai différencié quatre grandes phases du cycle de vie du développement :

Organisation

Une étape indépendante du type de cycle de développement envisagé (en V, agile, etc.) mais qui concerne la mise en place d’un cadre de travail qui permette un développement de qualité (outils, éditeurs, gestionnaire de version, de tâches, etc.)

Analyse

Cette phase vise plutôt à examiner le domaine du problème. Elle se focalise sur les cahiers des charges et les exigences. L’analyse débouche sur un dossier d’analyse qui décrit les grandes lignes (cas d’utilisation, architecture principale) du système.

Conception

Cette phase vise plutôt à examiner le domaine de la solution. Elle débouche sur un dossier de conception qui décrit les détails conceptuels de la solution envisagée (structure détaillée, comportement, etc.)

Implémentation

Cette phase traite des développements finaux (construction ou approvisionnement en matériel, développement de codes, etc.).

2. Différence avec l’ingénierie logicielle

Enseignant en informatique, je me retrouve souvent à enseigner SysML à des informaticiens. D’où ce petit exposé sur mon opinion de la différence entre les deux "mondes".

2.1. Une ingénierie plus ancienne

Que ce soit généralement en terme de cycle de développement ou historiquement, l’Ingénierie Système arrive avant l’Ingénierie Logicielle. Les ingénieurs systèmes ont donc une longue expérience et des pratiques bien ancrées.

2.2. Des systèmes plus complexes

On parle de système complexe lorsque l’on a affaire à :

  • un ensemble d'éléments humains et matériels en relation avec :

    • de nombreux éléments technologiques (Informatique, Hydraulique, Electronique, …)

    • intégrés pour fournir des services (finalité du système) en fonction de leur environnement

    • interagissant entre eux et avec leur environnement

Système complexe

On parle aussi de Système de systèmes quand un système :

  • doit gérer les interactions entre ses parties (ou composantes)

  • assure un comportement prévu à l’avance

  • gère les comportements (de l’environnement) inatendus

Système de systèmes

2.3. Différents types d’analyse

Toute la question que l’Ingénierie Système cherche à résoudre est : comment passer des exigences au système de la façon la plus efficace possible.

Des reqs au système

Pour cela l’Ingénierie Système est découpée en plusieurs analyses, chacune avec un but bien particulier :

Analyse Fonctionnelle et/ou Comportementale

Des reqs au système

Analyse Structurelle

Des reqs au système

Analyse de performance

Des reqs au système

Analyses spécifiques

Des reqs au système

Pour arriver à combler le gap entre le système à développer et ses spécifications.

Des reqs au système

3. Normes et standards

Il existe un grand nombre de standards en Ingénierie Système . Cette section fera (bientôt) une revue de ces différents standards et organismes et de leur utilisation (IEEE, EIA, ISO, certification, NASA, INCOSE, AFIS, …).

Enfin, citons un rapport de 2010, le Rapport Potier, qui présente l'état des logiciels embarqués et qui sera utiles à ceux qui s’intéressent aux verrous technologiques liés à ce domaine.

L’Ingénierie Système génère beaucoup de documentation. Les processus de certification (par exemple dans l’aéronautique) sont encore basés sur des documents textuels.

4. Des documents aux modèles

Vue la complexité grandissante des systèmes, petit à petit cette ingénierie tente de passer d’une ingénierie centrée documents à une ingénierie centrée modèles. D’où l’importance de se poser la question des notations et langages pour réaliser et communiquer avec ces modèles (cf. [Notation]).

5. Les exigences

L’ingénierie des exigences est d’une importance capitale en Ingénierie Système . Nous renvoyons pour l’instant le lecteur au cours de Master qui précède ce cours.

Joke
Figure 1. 300 corps de métiers sont parfois présents sur un chantier
Joke
Illustration: Humour (taken from here)

6. L’architecture du système

Liens avec AADL, …

7. Le comportement du système

Liens avec la V&V

8. Méthodes et démarches

SysML n’est pas une méthode. En effet aucune démarche n’est imposée pour l’utilisation des diagrammes, l’ordre logique dans lesquels il vaut mieux les réaliser, etc. La spécification ne porte que sur la notation elle-même. D’où le pluriel dans le titre de cette section : il existe presque autant de méthodes que d’entreprise développant des systèmes. Nous nous contenterons de donner ici quelques heuristiques (cf. Annexe Considérations méthodologiques pour la présentation de quelques méthodes bien identifiées) :

Heuristique : Approche itérative

Un diagramme ne doit pas être considéré comme définitif. Il peut être complété alors que l’on traite un autre aspect de la modélisation (exemple classique : ajout d’un nouveau block lors de la réalisation d’un diagramme de séquence). Quelque soit la démarche adoptée elle doit être itérative et permettre de revenir sur les premières étapes.

Heuristique : Niveau d’abstraction

Bien intégrer les niveaux d’abstraction dans votre démarche. SysML possède certaines constructions pour formaliser cet aspect (Packages par exemple). Nous matérialisons cet aspect par la partie verticale de la matrice (cf. [Matrice]).

Heuristique : Bien intégrer les niveaux d’abstraction dans votre démarche. SysML possède certaines constructions pour formaliser cet aspect (Packages par exemple). Nous matérialisons cet aspect par la partie verticale de la matrice (cf. [Matrice]).
Heuristique : Tous les diagrammes ne sont pas utiles

N’essayez pas de réaliser tous les diagrammes possibles pour votre système. Réalisez uniquement ceux qui sont utiles à votre cas particulier.

Partie 3 : La notation SysML

1. Pourquoi une nouvelle notation

Il existe une notation qui se veut "unifiée" pour les modèles : UML. Néanmoins cette notation est peu adaptée pour l’Ingénierie Système :

  • UML 1.x était complètement inadaptée :

    • Principalement pour les systèmes d’information

    • Peu de liens entre les diagrammes

    • Peu de liens entre les modèles et les exigences

  • UML 2.x n’est pas beaucoup mieux si ce n’est :

    • Implication des ingénieurs systèmes pour sa définition

    • Introduction du diagramme de structure composite

En conclusion UML est une bonne base :

  • Standard De facto en génie logiciel

  • Fournit beaucoup de concepts utiles pour décrire des systèmes (même complexes)

  • Stable et extensible (grâce notamment au mécanisme de profile)

  • Beaucoup d’outils disponibles

Mais…

  • Manque de certains concepts clés d’Ingénierie Système

  • Vocabulaire beaucoup trop « software » pour être utilisé par les ingénieurs systèmes (concept de classe ou d'héritage par exemple)

  • Trop de diagrammes (13 sortes)

2. Introduction à SysML

2.1. Fiche d’identité

  • Date de naissance : 2001!

  • Version actuelle : 1.3 (2/6/2012)

  • Paternité : OMG/UML + INCOSE

  • Auteurs principaux

    • Conrad Bock

    • Cris Kobryn

    • Sanford Friedenthal

Note
Versions de la spécification de SysML

La version 1.0 du langage de modélisation SysML a été adoptée officiellement par l’OMG le 19 septembre 2007. Depuis, trois révisions ont été réalisées : 1.1 en décembre 2008, 1.2 en juin 2010, et 1.3 en juin 2012.

2.2. Différence avec UML

Liens entre UML et SysML

images/diff.png

2.3. Qui est "derrière"?

Industrie

American Systems, BAE Systems, Boeing, Deere & Company, EADS Astrium, Eurostep, Israel Aircraft Industries, Lockheed Martin, Motorola, NIST, Northrop Grumman, oose.de, Raytheon, Thales, …

Vendeurs d’outils

Artisan, EmbeddedPlus, Gentleware, IBM, Mentor Graphics, PivotPoint Technology, Sparx Systems, Vitech, …

Autres organisations

AP-233, INCOSE, Georgia Institute of Technology, AFIS, …

2.4. Organisation des différents diagrammes

Les 9 diagrammes SysML et leur lien avec UML

images/Figure4.1.png

Version abrégée des diagrammes

images/Figure4.1-bis.png

2.5. Différence entre modèle et dessin

SysML n’est pas une palette de dessins et d'éléments de base servant à faire des diagrammes. Il existe une représentation graphique des éléments modélisés en SysML. Elle est importante car elle permet de communiquer visuellement sur le système en développement, mais du point de vue du concepteur, c’est le modèle qui importe le plus.

C’est pourquoi nous vous recommandons de ne jamais "dessiner" des diagrammes SysML
[Sauf bien sûr au brouillon ou sur un tableau, notamment quand on travaille en équipe.]
, mais d’utiliser des outils dédiés (cf. section [Outils]).

Pour ceux qui cherchent à étudier un diagramme en particulier voici un plan de cette section (nous utilisons ici le "plan" vu lors de l’introduction de la [Matrice]) :

Table 2. Organisation
Requirements, cf. [reqs] Structure, cf. [archi] Comportement, cf. [behavior] Transverse, cf. [transvers]

Organisation, cf. [orga]

pkg

pkg, bdd

pkg

Analyse, Conception, Implémentation
[En fonction du niveau de détail.]

req

bdd, ibd, seq, par

uc, seq, st, act

par

3. Outils SysML

Il existe un certain nombre d’outils permettant de réaliser des modèles SysML. Voici une liste non exhaustive :

Vous trouverez sur Internet des comparatifs et des avis à jour sur les outils.

Ce que je voudrai souligner ici c’est l’importance du modèle comme "dépôt" (je préfère le terme anglais de repository) d'éléments de base en relation les uns avec les autres. C’est toute la différence entre le dessin et le modèle.

Important Attention toutefois à ne pas confondre ce que vous permet (ou pas) de faire l’outil et la notation elle-même. Les fabricants ont parfois pris des libertés ou bien n’ont pas complètement implémenté toutes les subtilités de la notation.

4. Principes de base

Abordons quelques principes généraux de SysML.

  • Chaque diagramme SysML représente un élément de modélisation

  • Chaque diagramme SysML doit être incluse dans un cadre (Diagram Frame)

  • L’entête du cadre, appelé cartouche, indique les informations sur le diagramme:

    • le type de diagramme (req, act, bdd, ibd, sd, etc.)

    • le type d'élément (package, block, activity, etc.)

    • le nom de l'élément

    • le nom du diagramme ou de la vue

Dans l’exemple ci-dessous, le diagramme "Context_Overview" est un Block Definition Diagram (type bdd) qui représente un package, nommé "Context".

Exemple de diagramme SysML

images/pacemaker-context.png

5. Organisation

Table 3. Organisation
Requirements Structure Comportement Transverse

Organisation

Analyse

Conception

Implémentation

5.1. Fondements

On abordera :

  • Le Package Diagram

  • Les différent types de packages

  • Les organisations possibles

  • La notion de Namespaces

  • Les Dependencies

5.2. Le Package Diagram

  • Identique à UML, et classique pour les développeurs (java notamment)

  • Permet d’organiser les modèles en créant un espace de nommage (name space)

Note
Espace de nommage

Dans un package, on n’a pas à se soucier des noms des éléments. Même si d’autres utilisent les mêmes noms, il n’y aura pas ambiguité.

Les modèles peuvent être organisés selon toutes sortes de considération (cf. [organisation]). Le mécanisme qui permet de les organiser est le package (paquetage).

  • hiérarchie "système" (e.g., entreprise, système, composant)

  • types de diagrammes (e.g., besoins, structure, comportements)

  • par points de vue

  • etc.

5.3. Les différent types de packages

Il existe plusieurs types de package :

models

un package "top-level" dans une hiérarchie de package

packages

le type le plus classique : un ensemble d'éléments de modèles

model librairies

un package prévu pour être réutilisé (importé) par d’autres éléments

views

un package spécial pour représenter les points de vue

5.4. Les organisations possibles

Les modèles peuvent être organisés selon toutes sortes de considération :

  • par hiérarchie "système" (e.g., entreprise, système, composant, …)

  • par types de diagrammes (e.g., besoins, structure, comportements, …)

  • par cycle de vie (e.g., analyse, conception, …)

  • par équipes (e.g., architectes, [IPT], …)

  • par points de vue (e.g., sécurité, performance, …)

  • etc.

Exemple d’organisation

images/pkg-organisation2.png

Exemple d’organisation

images/pkg-organisation-modelview.png

Exemple d’organisation

images/pkg-organisation.png

Exemple d’organisation

images/pkg-topcased.png

Note
Organisation par défaut

L’outil TOPCASED propose, lors de la création d’un premier modèle, de créer une organisation "type" par défaut.

+ images/pkg-template.png images/pkg-topcased-default.png

+

5.5. La notion de Namespaces

Un package est un espace de nommage pour tous les éléments qu’il contient.

Note

Dans les outils SysML, vous pouvez demander à voir les noms complets (Qualified names) des éléments, c’est à dire le nom de l'élément prefixé par son (ou ses) package(s) (e.g., Structure::Products::Clock).

5.6. Les dépendances

Un certain nombre de dépendances peuvent exister entre des éléments de package ou entre les packages eux-mêmes :

Dependency

une dépendance "générale", non précisée,
représentée par une simple flèche pointillée ----->

Use

l'élément "utilise" celui à l’autre bout de la flèche (un type par exemple),
représentée par le stéréotype << use >>

Refine

l'élément est un raffinage (plus détaillé) de celui à l’autre bout de la flèche,
représentée par le stéréotype << refine >>

Realization

l'élément est une "réalisation" (implémentation) de celui à l’autre bout de la flèche,
représentée par le stéréotype << realize >>

Allocation

l'élément (e.g., une activité ou un requirement) est "alloué" sur celui à l’autre bout de la flèche (un block la plupart du temps),
représentée par le stéréotype << allocate >>

5.7. En résumé

SysML propose un certain nombre de mécanismes pour organiser les différents modèles, tirés pour la plupart d’UML.

5.8. Questions de révision

  1. Quels sont les 5 types de dépendances entre packageable elements ?

  2. A quoi sert-il de renseigner les dépendances (donnez des exemples concrets) ?

6. Les exigences

Table 4. Place des Exigences
Requirements Structure Comportement Transverse

Organisation

Analyse

Conception

Implémentation

6.1. Fondements

On abordera :

  • L’organization des Requirements

  • Les tableaux de Requirements

  • Les Requirements properties

  • Les Requirements links

  • Les Requirements Diagrams

  • Les considerations sur la Traceability

  • Annotations des Requirements

  • Les Use Case Diagrams (scénarios)

Note

L’ingénierie des exigences est une discipline à part entière et nous n’abordons ici que les aspects en lien avec la modélisation système. Voir le livre de référence pour plus de détails ([Sommerville1997]) ou le guide de l’AFIS ([REQ2012]).

6.2. L’organisation des Requirements

Comme nous l’avons vu pour les packages, plusieurs types d’organisations sont possibles :

  • Par niveau d’abstraction

    • Besoins généraux (en lien avec les use cases par exemple)

    • Besoins techniques (en lien avec les éléments de conception)

  • Par point de vue

    • Besoins principaux (en lien avec les use cases)

    • Besoins spécifiques :

      • Fonctionnels

      • Marketing

      • Environnementaux

      • Business

      • …

  • etc.

6.2.1. Tableaux de Requirements

Les requirements sont généralement stockés dans des feuilles excel.

Exemples tableau d’exigences

images/req-table.png

Import Modelio de tableau d’exigences

images/req-modelio.png

6.3. Les Requirements properties

Il est possible d’indiquer un certain nombre de propriétés sur un requirement :

  • priority (high, low, …)

  • source (stakeolder, law, technical, …)

  • risk (high, low, …)

  • status (proposed, aproved, …)

  • verification method (analysis, tests, …)

6.4. Les Requirements links

Les principales relations entre requirement sont :

Containment

pour décrire la décomposition d’un besoin en plusieurs sous-besoins (⊕–)

Refinement

pour décrire un ajout de précision (<<refine>>)

Derivation

pour indiquer une différence de niveau d’abstraction (<<deriveReqt>>), par exemple entre un système et un de ses sous-systèmes

images/req-exp1.png

Il existe ensuite les relations entre les besoins et les autres éléments de modélisation (les block principalement) comme <<satisfy>> ou <<verify>>, mais nous les aborderons dans la partie transverse.

Relations liées au requirements dans TOPCASED

images/topcased-req-connections.png

6.5. Les Requirements Diagrams

Quelques exemples de req tirés de http://www.uml-sysml.org/sysml :

images/hsuv-reqs1.png

images/hsuv-reqs2.png

6.6. Les considerations sur la Traceability

Une fois que les requirements ont été définis et organisés, il est utile de les lier au moins aux use cases (en utilisant <<refine>> par exemple) et aux éléments structurels (en utilisant <<satisfy>> par exemple), mais ceci sera abordé dans la partie transverse.

Note

Chaque requirement doit être relié à au moins un use case (et vice-versa!).

6.7. Annotations des Requirements

Il est possible d’annoter les éléments de modélisation en précisant les raisons (rationale) ou les éventuels problèmes anticipés (problem).

Exemples de rationale et problem

images/hsuv-reqs2.png

6.8. Les Use Case Diagrams (scénarios)

Bien que nous traitions les cas d’utilisation dans la partie comportement, nous les abordons ici du fait de leur proximité avec les requirements.

Exemple de lien entre use case et requirements

images/req-uc-relation.png

Ce diagramme est exactement identique à celui d’UML.

images/UCGestionNotes.png

images/uc.png

Tip

Un acteur représente un rôle joué par un utilisateur humain. Il faut donc plutôt raisonner sur les rôles que sur les personnes elles-mêmes pour identifier les acteurs.

6.9. En résumé

Table 5. Déclinaison des Exigences
Requirements Structure Comportement Transverse

Organisation

⊕–, <<deriveReqt>>

Analyse

<<satisfy>>, <<refine>>

<<satisfy>> entre reqs et UC

<<refine>>

Conception

<<allocate>>

Implémentation

<<satisfy>>, <<verify>>

Exemple de démarche (SYSMOD Zigzag pattern)

images/zigzag.png

6.10. Questions de révision

  • Quelles sont les différences entre besoins et exigences ?

7. L’architecture du système

Table 6. PLace des aspects structurels
Requirements Structure Comportement Transverse

Organisation

Analyse

Conception

Implémentation

7.1. Fondements

On abordera :

  • l’organisation du système et des modèles

  • les Block Definition Diagrams

  • les Internal Block Diagrams

  • les Parametric Diagrams (pour les contraintes physiques)

  • les Sequence Diagrams (diagramme de séquence système)

7.2. Organisation du système et des modèles

En terme d’organisation, le mécanisme clef est celui de package. Celui-ci va permettre d’organiser les modèles, pas le système lui-même. Nous avons abordé cette organisation ici.

Pour l’organisation du système, on trouve le plus souvent :

  • un diagramme décrivant le contexte (le système dans son environnement), décrit dans un block definition diagram (cf. [contextebdd])

  • un diagramme décrivant les éléments internes principaux du système, décrit dans un internal block diagram

7.3. Block Definition Diagrams

7.3.1. Principes de base

Un bdd peut représenter :

  • un package

  • un block

  • un block de contrainte (constraint block)

Un diagramme de block décrit les relations entre les blocks (composition, généralisations, …).

bdd du système dans son environnement

images/pacemaker-context.png

Un block est constitué d’un certain nombre de compartiments (Compartments) :

Properties

Equivalent UML des propriétés (e.g., attributs)

Operations

Les méthodes supportées par les instances du bloc.

Constraints

Les contraintes

Allocations

Les allocations

Requirements

Les exigences liées à ce bloc.

User defined

On peut définir ses propres compartiments

Exemple de définition de contraintes

images/constraints.png

7.3.2. Propriétés

On peut différencier 3 types de propriétés d’un block :

parts

Les éléments qui composent le block (cf. [ibd])

values

Des caractéristiques (quantifiables)

references

Les éléments auquel le block a accès (via des associations ou des agrégations)

Note

Les values sont ce qui se rapproche de plus des attributs de classes UML.

7.3.3. Value Types

Pour typer les valeurs, SysML propose de définir des Value Types.

images/valueType.png

7.3.4. Associations entre blocks

Il existe deux types de relations entre blocs :

  • l’association (y compris l’agrégation et la composition)

  • la généralisation

7.4. Internal Block Diagrams

Un ibd décrit la structure interne d’un bloc sous forme de :

parts

Les parties qui constituent le système (ses sous-systèmes)

ports

Elément d’interaction avec un block

connecteurs

Liens entre ports

7.4.1. Parts

Les parties sont représentés par les éléments au bout d’une composition dans un bdd. Elles sont créés à la création du block qui les contient et sont détruites avec lui s’il est détruit (dépendance de vie).

Warning

Il ne s’agit pas de redessiner le BDD. Les parts sont des instances et non des classes (au sens objet).
Cela ne pose aucun problème à un ingénieur système, mais ça peut en poser à un ingénieur logiciel.

On représente les parts comme des block en traits pleins et les references comme des blocks en trait pointillés.

images/parts.png

images/parts2.png

7.4.2. Ports

Les ports :

  • préservent l’encapsulation du block

  • matérialise le fait que les interactions avec l’extérieur (via un port) sont transmise à une partie (via un connecteur)

  • les ports connectés doivent correspondre (kind, type, direction, etc.)

Note

Les ports définissent les points d’interaction offerts («provided») et requis («required») entre les blocs.
Les connecteurs peuvent traverser les "frontières" sans exiger de ports à chaque hiérarchie.

images/ports-flots.png

Exemples de flots multi-physique entre ports

images/flots.png

Les ports de type Flux peuvent être :

  • atomiques (un seul flux),

  • composites (agrégation de flux de natures différentes).

Note

Un flow port atomique ne spécifie qu’un seul type de flux en entrée ou en sortie (ou les deux), la direction étant simplement indiquée par une flèche à l’intérieur du carré représentant le port. Il peut être typé par un bloc ou un Value Type représentant le type d’élément pouvant circuler en entrée ou en sortie du port.

7.5. Parametric Diagrams

Ce diagramme utilise 3 concepts clefs :

  • Constraints (un type de block)

  • Parametric diagram (un type d'ibd)

  • Value binding

7.5.1. Contraintes

C’est un block particulier :

  • avec un stéréotype ≪constraint≫ (au lieu de block)

  • des parametres en guise d’attributs

  • des relations liant (contraignant) ces paramètres

images/constraints.png

7.5.2. Diagramme paramétrique

C’est une forme particulière de Internal Block Definition

images/param.png

7.5.3. Value Binding

Une fois les contraintes exprimées, il faut lier les paramètres (formels) à des valeurs (paramètre réel). C’est l’objet des Value Binding.

Pour assigner des valeurs spécifiques, on utilise des Block Configurations;

images/blockconf.png

7.6. Diagrammes de séquence système

Les diagrammes de séquence système (DSS) sont des Sequence Diagrams UML classiques où seul le système est représenté comme une boîte noire en interaction avec son environnement (les utilisateurs généralement).

Il permet de décrire les scénarios des cas d’utilisation sans entrer dans les détails. Il convient donc mieux à l’ingénierie système qu’un diagramme de séquence complet.

images/dss.png

7.7. En résumé

En résumé…

7.8. Questions de révision

  1. Quelle est la différence entre un package de type model et un package de type package?

8. Le comportement du système

Table 7. Place du Comportement
Requirements Structure Comportement Transverse

Organisation

Analyse

Conception

Implémentation

8.1. Fondements

On abordera :

  • les Use Case Diagrams (scénarios)

  • les Sequence Diagrams

  • les State Machines

  • les Activity Diagrams

8.1.1. Use Case Diagrams

Les éléments de base :

Acteurs

les principaux acteurs (leur rôle) qui participent (on parle parfois d’acteurs principaux) ou qui bénéficient (on parle alors d’acteurs secondaires) du système.

Cas d’utilisation

représente un ensemble d’actions réalisées par le système intéressant pour au moins un acteur

Association

participation d’un acteur à un cas d’utilisation.

Tip

Un acteur représente un rôle joué par un utilisateur humain. Il faut donc plutôt raisonner sur les rôles que sur les personnes elles-mêmes pour identifier les acteurs.

8.1.2. Sequence Diagrams

8.1.3. State Machines

8.1.4. Activity Diagrams

8.2. En résumé

En résumé…

8.3. Questions de révision

Pour réviser…

9. Les aspects transversaux

Table 8. Aspects transversaux
Requirements Structure Comportement Transverse

Organisation

Analyse

Conception

Implémentation

9.1. Fondements

On abordera ici les aspects transversaux comme :

  • la traçabilité des exigences

  • les mécanismes d’allocation

  • le diagramme paramétrique

Note

Chaque requirement doit être relié à au moins un use case (et vice-versa!).

9.2. En résumé

En résumé…

9.3. Questions de révision

Pour réviser…

Partie 4 : Modéliser un système en SysML

1. Une démarche parmi d’autres

Nous allons aborder le développement complet de notre exemple fil rouge en suivant une démarche classique et simple (utilisée par exemple dans [SeeBook2012], où proche de la démarche globale enseignée dans nos cous de DUT Informatique, ou encore proche des documents de référence en la matière [HAS2012], [KAP2007],[FIO2012]) :

  1. Spécification du système

  2. Conception du système

  3. Traçabilité et Allocations

  4. Modèle de test

Nous partirons du modèle des exigences produit initialement. Mais avant tout, parlons outils.

1.1. Environnement de développement

Nous sommes des défenseurs des principes [DRY] et [TDD]. Nous allons donc réaliser nos diagrammes dans un outil et non "à la main" (de simples dessins). Nous choisissons ici l’outil TOPCASED pour des raisons que nous expliquerons ailleurs. La version utilisée pour réaliser les exemples de cette section est la version 5.2.

Un outil SysML seul ne suffit pas (cf. Outillage). Il faut penser à la documentation (cf. Génération de doc).

Outillage autour de SysML

Outillage autour de SysML

1.1.1. Outils

Il existe de nombreux outils SysML. Nous renvoyons le lecteur sur le site de SysML-France pour des informations sur les dernières versions des outils.

1.1.2. Génération de documentation

La plupart des outils permettent de générer de la documentation. Pour les outils basés eclipse comme TOPCASED, il est possible d’utiliser le plug-in GenDoc2.

Génération de documentation à partir de TOPCASED

GENDOC GENDOC

Les outils commerciaux comme Rhapsody permettent de générer de nombreux formats.

Génération de documentation à partir de Rhapsody

Rhapsody

1.1.3. Animation de modèles et simulation

Fortement liée aux outils, la possibilité d’animer les modèles ou encore d’effectuer des simulations est une exigence de plus en plus forte des ingénieurs systèmes.

Il existe de nombreuses possibilités. Citons par exemple :

Génération de code VHDL

L’outil RTaW propose, via génération de code VHDL de simuler les modèles. Voir une démonstration ici.

Simulation en Rhapsody

L’outil Rhapsody possède une interface très pratique pour faire du prototypage rapide.

Animation

Voir mon tutoriel (en anglais) disponible ici.

Animation de modèles en Artisan

L’outil Artisan permet également de faire de l’animation de modèles. Animation

1.2. Spécification du système

Il s’agit ici de décrire le contexte et d’identifier les principaux cas d’utilisation du système.

1.3. Conception du système

Chaque cas d’utilisation sera précisé (seq et act). Les données métier seront alors identifiées pour construire le modèle d’architecture logique (bdd et ibd) complété par la description des comportements complexes (st). Enfin le modèle d’architecture physique permettra de déterminer les aspects déploiement et constructions physiques d'équipements/

1.4. Traçabilité et Allocations

Afin de consolider les différents modèles, les liens de traçabilité qui n’auront pas été déjà décrit
[Il est recommandé de ne pas attendre pour matérialiser ces liens, mais de les exprimés dès que rencontrés dans telle ou telle modélisation.]
 seront rajoutés en insistant sur les liens :

  • de satisfaction des exigences par les éléments de l’architecture,

  • d’allocation des éléments du modèle fonctionnel vers les éléments logiques,

  • d’allocation des éléments logiques vers les éléments de l’architecture physique.

1.5. Modèle de test

Nous insistons dans l’ensemble de nos formations sur les approches test-driven, alors nous montrons dans cette section comment participer à la qualité du développement d’un système en formalisant (par exemple avec des diagrammes de séquence de scénarios à éviter) les test et les jeux de test.

2. Recettes et bonnes pratiques

La plupart des ouvrages sur un langage enseignent les éléments de ce langage, comme nous l’avons fait à la partie précédente. Nous allons ici partir du principe inverse : comment modéliser tel ou tel partie ou vue de mon système avec SysML. Un peu à la manière des ouvrages du type Cookbook, nous allons donner une liste non exhaustives de recettes. Les choix des éléments de modélisation sont arbitraires ou tirés de discussions (comme ce sera mentionné si c’est le cas).

2.1. Architecture

Recette : Je souhaite modéliser mon système dans son environnement

C’est conseillé. Un block System permet de raccrocher tous les éléments qui le composent à un même niveau.

Dans l’exemple ci-dessous le système (le bloc Pacemaker) est lui-même un simple composant d’un élément de plus haut niveau : le contexte du système (le bloc Context) qui relie alors le système à son environnement.

Le contexte du Pacemaker ([SeeBook2012])

Le contexte du Pacemaker

Voir aussi la section [contexte].

2.2. Comportement

Recette : Je souhaite modéliser les différents modes (nominal, alternatifs)

Un diagramme d'état peu modéliser les différents modes et les événements qui produisent les changements de mode.

2.3. Patrons de conception système

Mérite une section ??

Partie 5 : Pour aller plus loin

1. Considérations méthodologiques

Exemples de démarche autour de SysML, lien avec la section Méthodes.

2. Exercices de révision

Reprendre ici les questions des chapitres (à organiser en fichiers!).

2.1. Quizz

2.1.1. Sujet

Un quizz en ligne est disponible ici (me contacter pour le mot de passe).

En voici une capture d'écran :

Crosword

2.1.2. Corrigé

L’ensemble des questions du quizz a été généré à partir de ce fichier quizz (qui contient les réponses).

2.2. Mots croisés

2.2.1. Sujet

Voici un petit exercice (en anglais pour l’instant, désolé) pour changer :

Crosword
Vertical (across)

  • 2. outside-inside connection

  • 4. the full name of a model element is also a … name

  • 6. the black diamond in SysML

  • 9. History is one of them

  • 10. what a block can do

  • 13. between states

  • 14. a supporter of SysML

Horizontal (down)

  • 1. used to describe a flow of actions

  • 3. message represented by a regular (unfilled) arrow

  • 5. each use case is advised to be linked to at least one of them

  • 7. they are handled in SysML by Packages

  • 8. communication entity in a seq

  • 11. a supporter of SysML

  • 12. number of diagrams in SysML

Annexes

1. Liens utiles

2. Historique de SysML

Un point sur les évolutions de SysML.

3. D’UML à SysML

Un point sur comment aborder SysML quand on vient d’UML.

4. Idées de projets

Quelques exemples de sujet propice au développement SysML.

5. Challenges et questions ouvertes autour de SysML

6. FAQ

Cette Frequently Asked Question a été construite par expérience, en regroupant les questions des étudiants durant mes différentes interventions. J’ai aussi ajouté des questions souvent rencontrées dans les journées organisés par SysML-France.

Note Voir aussi cette FAQ très bien faite.

Cette FAQ peut servir de base à la révision d’examens (cf. aussi [Exos]).

6.1. Peut-on avoir un requirement contenu dans plusieurs autres ?

Non. Le lien de containment est en fait une action qui place le "contenu" dans le "contenant". Dans TOPCASED, le diagramme laisse les liens précédents à l'écran, mais dans le modèle, c’est bien le dernier containment réalisé qui est pris en compte. Dans la figure ci-dessous le lien A-C a été "dessiné" après celui B-C.

Exemple de divergence entre modèle et diagramme (bug)

topcased-containment-1.png topcased-containment-2.png

Note

Ce "bug" provient du fait que le lien de containment n’est pas un lien de dépendance, mais plutôt une représentation graphique de la contenance.

6.2. Comment alors peut-on "partager" un requirement ?

(En lien avec la question précédente)

L’organisation SysML des requirements est en fait un arbre. Pour réaliser ce "partage" certains utilisent un lien <<copy>> pour créer plusieurs copies d’un même requirement. Personnellement je n’aime pas cette solution.

Exemple de partage de requirement

topcased-containment-3.png

6.3. Peut-on avoir un lien <<satisfy>> entre exigences?

Techniquement oui (<<satisfy>> étant dérivé de <<dependency>>), mais ça n’a pas beaucoup de sens que de dire qu’un besoin est satisfait par un autre. Il s’agit le plus souvent d’un lien <<deriveReqt>>.

Note

Certaines méthodes utilise ce lien pour par exemple exprimer qu’une exigence cliente et satisfaite par une exigence système (comme la méthode Harmony).

6.4. Quelle est la différence entre <<deriveReqt>> et <<refine>> ?

La norme n’impose pas de sémantique précise à <<deriveReqt>>. Il y a généralement deux interprétations.

  1. Un usage classique est de l’utiliser pour ajouter des exigences plus détaillés déduites à partir d’autres exigences. Un exemple issue de la norme est une exigence de puissance moteur déduite (deriveReqt) depuis l’exigence sur l’accélération d’un véhicule.

  2. Une vision plus stricte, aussi illustré par l’exemple précédent, est que l’exigence dérivée est une condition nécessaire (un pré-requis) à l’exigence cible.

Autre exemple respectant 1 mais pas 2 : "Le véhicule doit posséder 4 roues." est dérivé de "Le véhicule doit se déplacer sur route." En effet, un aéroglisseur répondrait aussi l’exigence initiale et n’a pourtant pas de roues.

Quant au <<refine>> il est utilisé pour indiquer qu’un élément de modèle (qui peut être lui-même un requirement) est un raffinement (au sens niveaux d’abstraction, du plus abstrait au plus concret) d’un requirement. Par exemple, un use case ou un diagramme d’activité peut être un raffinement d’une exigence fonctionnelle (textuelle par exemple).

6.5. A quoi sert le lien <<trace>> ?

Il est utilisé pour indiquer que l’on souhaite conserver un lien de traçabilité entre les éléments (par exemple entre un élément de modélisation et un document). Il est recommandé d’utilisé une de ces versions plus précises (<<deriveReqt>> ou <<satisfy>> par exemple).

6.6. Quelle est la version courante de la spécification et comment l’obtenir?

Verson 1.3 et disponible à l’URL: http://www.sysml.org/docs/specs/OMGSysML-v1.3-12-06-02.pdf

6.7. Quels en sont les changements notables depuis la dernière version ?

(en lien avec la question précédente)

Les changements notables par rapport à la 1.2 concernent :

  • synchronisation avec les changements d’UML 2.3

  • le métamodèle de Conjugate ports et sa notation

  • le nommage des activity regions "interruptible"

  • inclusion de UML instance

  • inclusion des structured activity nodes d’UML

  • inclusion des multiple item flow d’UML

  • améliorations du support à Unit et QuantityKind pour les value types, et ajout d’un modèle (non normatif) pour définir les systèmes d’unités et de quantités.

Note

SysML v1.3 Revision Task Force dirigée par Roger Burkhart et Rick Steiner améliore de manière régulière la spécification en fonction des retours des utilisateurs.

6.8. Divers

Quelques autres questions que je laisse à votre sagacité :

  • Pourquoi les ingénieurs systèmes auraient-ils besoin d’un n-ième langage de modéliation ?

  • Quelles sont les relations entre “open source SysML” et “OMG SysML” ?

  • Quelle est la feuille de route pour SysML 2.0?

  • Quelles sont les relations entre UML et SysML? Peut-on les utiliser ensemble?

  • Peut-on "customizer" SysML?

  • Quel langage est le plus facile à apprendre, SysML ou UML?

7. A propos de ce document…

Dernière MAJ : 26/11/2012 - 20:40:07 CET
Document généré par Jean-Michel Bruel via AsciiDoc (version 8.6.8) de Stuart Rackham. La version présentation a été générée en utilisant W3C HTML Slidy © de Dave Raggett, amélioré par Jean-Michel Inglebert. Pour l’instant ce document est libre d’utilisation et géré par la Licence Creative Commons. Licence Creative Commons licence Creative Commons Paternité - Partage à l'Identique 3.0 non transposé.

Bibliographie

Les références…

  • [FIO2012] Fiorèse S., Meinadier J., Découvrir et comprendre l’ingénierie système, AFIS 2012.

  • [FMS] Friedenthal…

  • [HAS2012] Haskins C., SE Handbook Working Group, INCOSE Systems Engineering Handbook: Version 3.2.2, International Council on Systems Engineering, 2012.

  • [KAP2007] Kapurch S., NASA Systems Engineering Handbook, 2007 (pdf).

  • [REQ2012] Guide Bonnes Pratiques en Ingénierie des Exigences, AFIS 2012.

  • [Roques2010] Pascal Roques. SysML par l’exemple - Un langage de modélisation pour systèmes complexes. Eyrolles. a acheter ici.

  • [SeeBook2012] Kordon et al. To be published. XXX

  • [Sommerville1997] Ian Sommerville, Pete Sawyer. Requirements Engineering: A Good Practice Guide. Wiley, 1997.

  • [SysML] OMG. Systems modeling language version 1.3. Technical report, 2012.

  • [taoup] Eric Steven Raymond. The Art of Unix Programming. Addison-Wesley. ISBN 0-13-142901-9.

  • [Walsh1999] Norman Walsh & Leonard Muellner. DocBook - The Definitive Guide. O’Reilly & Associates. 1999. ISBN 1-56592-580-7.

Glossaire

Note
Ressources

Les définitions ci-dessous sont regroupées à titre indicatif. Les sources utilisées sont :
DRY

Don’t Repeat Yourself : Un bon principe qui veut qu’on évite de répéter des tâches manuelles (comme les tests) en utilisant plutôt des scripts et des programmes.

INCOSE

International Council on Systems Engineering : une organisation fondée en 1990 pour faire avancer les technologies d’Ingénierie Système .

IPT

Integrated Product Team : une équipe classique en développement système.

OMG

Object Management Group : L’organisme international chargé des principales normes liés à l’objet (CORBA, UML, etc.).

TDD

Test Driven Development : Développements dirigés par les tests. On écrit les tests avant d'écrire le code. On travaille son code tant que les tests ne passent pas.

TRL

Technology Readiness Level : système de mesure employé par des agences gouvernementales américaines et par de nombreuses compagnies (et agences) mondiales afin d'évaluer le niveau de maturité d’une technologie (cf. Wikipedia).

SysML

System Modeling Language ™ : le langage de modélisation de systèmes maintenu par l’OMG.

Index