抽象的

我們提供了對象過程方法論（OPM ISO 19450）的概述，重點是其基本原理和原理。然后，我們描述了沃爾沃汽車公司在尋找一種建模語言方面的最新經(jīng)驗，該經(jīng)驗最終導(dǎo)致采用了OPM。本文的重點轉(zhuǎn)移到描述過去，現(xiàn)在和將來的OPM建模工具的演變，并以系統(tǒng)的OPM模型的實際復(fù)雜實例為例，該系統(tǒng)是由領(lǐng)先的燃?xì)廨啓C制造商為燃?xì)廨啓C設(shè)計而準(zhǔn)備的，旨在簡化三分之一的時間響應(yīng)RFP。我們以工業(yè)應(yīng)用的部分清單和OPCloud開發(fā)的前景以及在MBSE推進(jìn)中的預(yù)期作用作為總結(jié)。

介紹

OPM（Dori，2002; 2016），ISO 19450（ISO 19450，2015）的Object-Process Methodology是一種用于開發(fā)復(fù)雜的社會技術(shù)系統(tǒng)和知識管理的整體，正式而直觀的概念建模方法。OPM既是一種語言，又是一種方法論。OPM語言部分由其語法，語義和本體的規(guī)范定義。OPM方法論部分是使用OPM語言對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行建模的推薦方法的規(guī)范，因此適用于基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）以及捕獲和管理科學(xué)，工程學(xué)以及任何其他種類的知識。

OPM語言是雙模的-它同時使用兩種圖類型-一種圖類型，對象過程圖（OPD）和自然語言文本-對象過程語言（OPL）來表示有關(guān)主要主題的各種相互關(guān)聯(lián)的詳細(xì)知識任何系統(tǒng)的方面：功能，結(jié)構(gòu)和行為。由于其緊湊的通用本體，單一的圖形式，與UML（OMG UML 2.2，2009）和SysML（OMG SysML 1.5，2017），雙峰表示，易于學(xué)習(xí)和實現(xiàn)以及通用性形成鮮明對比， OPM最適合用作MBSE的基礎(chǔ)建模語言。

圖形和文本OPM模態(tài)在語義上是等效的，并表示相同的模型。一組層次結(jié)構(gòu)化，相互關(guān)聯(lián)的對象過程圖（OPD）構(gòu)成了圖形模型，而英語子集中的一組自動生成的句子構(gòu)成了以對象過程語言（OPL）表示的文本模型。在圖形視覺模型中，每個OPD均由OPM元素組成，這些元素被描述為圖形符號，有時帶有標(biāo)簽注釋。OPD語法指定了管理這些圖形元素排列的一致且正確的方法。OPM使用OPL，以保留圖形模型約束的方式為每個OPD生成相應(yīng)的文本模型。由于OPL的語法和語義是英語自然語言的子集，

OPM為ISO 19450（2015）。2015年12月，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）將OPM認(rèn)證為ISO 19450。從那時起，航空航天，汽車制造，家用電器制造，保險和國防領(lǐng)域的領(lǐng)先行業(yè)就采用了OPM，并將其用于管理知識，開發(fā)新一代產(chǎn)品系統(tǒng)和技術(shù)路線圖等目標(biāo)。

如ISO 19450中所述，OPM表示法通過形式語法和語義支持系統(tǒng)的概念建模。這種形式通常是基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）的基礎(chǔ)，包括系統(tǒng)架構(gòu)，工程，開發(fā)，生命周期支持，通信和演進(jìn)。OPM有助于在建，測試，集成和日常維護的系統(tǒng)的通用視圖，從而可以在多學(xué)科環(huán)境中工作。此外，OPM的域獨立性質(zhì)為整個科學(xué)，商業(yè)和工業(yè)界開放了系統(tǒng)建模，以便在其特定應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)開發(fā)，研究和分析制造以及其他工業(yè)和商業(yè)系統(tǒng)。這使公司可以將不同技能和能力的融合并提供到一個通用的直觀而正式的框架中。而且，使用OPM，公司可以改善他們對系統(tǒng)功能的整體了解，改善人員分配任務(wù)的靈活性，并管理異常和錯誤恢復(fù)。系統(tǒng)規(guī)范可擴展為任何必要的細(xì)節(jié)，包括系統(tǒng)的功能，結(jié)構(gòu)和行為方面。如前所述，特別是自從ISO將OPM識別為ISO 19450以來，在大型的國際財富500強公司中，包括技術(shù)，保險，銀行和大型國家機構(gòu)，人們對使用OPM的興趣和需求日益增長。一些人要求暫時保留在陰影中，因為他們認(rèn)為使用OPM具有競爭優(yōu)勢。

尋找建模語言：沃爾沃體驗。T?rm?nen等人在沃爾沃汽車公司工作。（2017）搜索一種語言以生成一個信息模型，該模型考慮了從用戶需求到優(yōu)化需求的不同汽車設(shè)計環(huán)境。他們要求該語言必須直觀，易于解釋，易于被新用戶學(xué)習(xí)并且通用，以便能夠?qū)Ξa(chǎn)品的所有方面進(jìn)行建模。他們檢查了各種系統(tǒng)工程建模語言，包括IDEF0（國防采購大學(xué)出版社，2001年），UML，SysML和Modelica。。他們發(fā)現(xiàn)IDEF0適用于過程，但不適用于結(jié)構(gòu)圖。人們發(fā)現(xiàn)UML和SysML是靈活的多用途語言，但是具有“很大的缺點”，即對非專家不直觀，并且它們的模型“很容易變得非常混亂”。Modelica可以對行為和結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，但是需要非專家做出大量努力才能學(xué)習(xí)和理解。他們接著說：“尤里卡時刻來到了我們進(jìn)入對象過程方法論（OPM）的階段，它以其通用的最小本體描述了具有事物和事物發(fā)生的世界，即存在的有狀態(tài)對象以及可以轉(zhuǎn)化它們的過程。它比SysML更加精簡，因此對于新手來說更易于理解和實踐。” （第8頁）。

OPM建模工具的演變

雖然可以用鉛筆和紙（或基本的繪圖軟件）使用建模語言，但從一開始就很清楚，要進(jìn)行認(rèn)真的建模和分析，支持該語言的計算機輔助軟件工程（CASE）工具是強制的。在本節(jié)中，我們描述為OPM建模開發(fā)的三個主要工具的演變：過去的OPA CASE工具，當(dāng)前的OPCAT和將來的OPCloud。

OPA案例工具-歷史的觀點

早在1998年，即關(guān)于OPM的第一篇論文（Dori，1995年）（即稱為對象過程分析的OPA）發(fā)表后僅三年，Technion的兩名本科生就率先提出并在Visual Basic中開發(fā)了OPM建模工具稱為OPA CASE工具。圖1顯示了帶有OPA CASE Tool版本1.7的圖形用戶界面（GUI）的屏幕截圖。該工具非常簡單，只有一個細(xì)節(jié)級別，并且不會生成OPL。該模型顯示了OPM建模過程，該過程需要OPM的兩個部分-OPM語言和OPM方法論。所述建模是（人類）劑和結(jié)果是OPM模型，該方法包括OPD集–模型的圖形形式，以及OPL Spec –模型的文本形式。我們使用相同的OPM模型來演示接下來的兩個OPM建模工具OPCAT和OPCloud。

圖1. OPA CASE Tool 1.7（1998）的屏幕截圖

OPCAT – OPM建模的能力

引入OPA CASE Tool的幾年后，我們開始開發(fā)OPCAT，這是Object-Process CASE Tool的縮寫。目前，OPM建模人員使用OPCAT（Dori等人，2010），這是一種可免費在網(wǎng)絡(luò)上使用的基于Java的OPM建模軟件桌面工具[1]。

OPCAT于1998年7月在ECOOP'98上首次亮相（Sturm＆Dori，1998）。可能有意思的是，當(dāng)時OPM的哲學(xué)已經(jīng)存在：

“對對象-過程范式的潛在觀察是，所關(guān)注的宇宙中的所有事物都是過程或?qū)ο?。這為使用單一模型忠實定義并描述其結(jié)構(gòu)和行為的系統(tǒng)建模提供了可能。表示任何系統(tǒng)的這兩個主要方面時都不會互相壓制。結(jié)構(gòu)性關(guān)系（主要是聚合，概括和特征化）和程序關(guān)系（它們隨時間推移對系統(tǒng)行為進(jìn)行建模）被無縫地交織在一起，以提供對系統(tǒng)的全面理解。”

幾個月后，我們在OOPSLA'98上展示了OPCAT（Dori＆Sturm，1998）。自從一年前采用統(tǒng)一建模語言UML（OMG UML 2008）以來，我們討論了OPM方法與UML方法之間的主要區(qū)別，即UML的模型多樣性與OPM的模型奇異性：

“對象過程方法論（OPM）是一種系統(tǒng)開發(fā)方法，它將系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為整合在一個統(tǒng)一的模型中。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，在面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^程的方法之間存在固有的二分法，并且不可能將任何系統(tǒng)的這兩個基本方面組合到一個統(tǒng)一的整體參考框架中。這種誤解已伴隨著系統(tǒng)分析，甚至連公認(rèn)的UML標(biāo)準(zhǔn)（Booch和Rumbaugh，1995，1996）也保持了結(jié)構(gòu)和行為之間的分離，并將分析活動分布在使用不同圖表類型的不少于八種類型的模型中。 ”

[1] OPCAT可免費下載

圖2. OPCAT的GUI顯示了流程OPM建模和所涉及的對象集

圖2顯示了使用與圖1相同的系統(tǒng)模型的OPCAT 4.2的GUI。圖3是大型公司的燃?xì)廨啓C設(shè)計的OPM模型，其動機是為了降低RFP的提議生產(chǎn)率，從目前的6 -18個月至4-6個月。圖3顯示了詳細(xì)級別1（SD1），其中燃?xì)廨啓C設(shè)計過程正在進(jìn)行中，其中包含四個子過程：研究，概念設(shè)計，詳細(xì)設(shè)計和制造設(shè)計。

圖3.燃?xì)廨啓C設(shè)計的OPM模型–詳細(xì)級別1（SD1）–放大的燃?xì)廨啓C設(shè)計

表3的第3行是表示系統(tǒng)優(yōu)勢的自動生成的OPL語句：

詳細(xì)設(shè)計（第一階段）將燃?xì)廨啓C架構(gòu)從技術(shù)上的可行性轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

具有商業(yè)可行性，建議書的生成時間為6-18個月至4-6個月。

該OPL語句還表達(dá)了一個事實，即相同的過程將燃?xì)廨啓C架構(gòu)從技術(shù)上可行變?yōu)樯虡I(yè)上可行，正如OPD中所表達(dá)的那樣。

OPCAT通過并發(fā)，同步和離散時間執(zhí)行來實現(xiàn)可視化建模和模型仿真（Yaroker等，2013）。通過分析正在研究的系統(tǒng)背后的機制，執(zhí)行可以了解系統(tǒng)的行為并檢測建模錯誤。例如，圖4顯示了概念設(shè)計過程（零階段），該過程作為圖3中的子過程出現(xiàn)，在OPCAT的動畫模擬過程中放大了，顯示了當(dāng)前正在執(zhí)行的整體發(fā)動機設(shè)計（WED），以深紫色標(biāo)記。此過程當(dāng)前正在生成對象“結(jié)構(gòu)和機械要求集”。在圖4的底部，我們可以看到壽命圖–該圖顯示了仿真每個步驟中每個對象和過程的狀態(tài)。當(dāng)前，動畫仿真處于步驟2，整個引擎設(shè)計（WED）被標(biāo)記為處于活動狀態(tài)。

圖4.在OPCAT的動畫仿真過程中，放大了圖3中的概念設(shè)計過程（零階段），顯示了當(dāng)前正在執(zhí)行的整體引擎設(shè)計（WED）

OPCloud – OPM建模的更光明的未來

盡管OPCAT不斷發(fā)展并為OPM社區(qū)提供服務(wù)已超過十年，但現(xiàn)在是時候轉(zhuǎn)向基于云的下一代MBASE建模工具了。實際上，去年我們開始開發(fā)OPCloud（https://www./），這是一種協(xié)作式OPM建模工具，該工具由URL調(diào)用，因此不需要安裝任何程序。圖5展示了具有與圖2中的OPCAT和圖1中的OPA CASE工具中所示的OPM建模模型相同的當(dāng)前OPCloud GUI。

圖5.當(dāng)前的OPCloud GUI

除了基于云并支持實時協(xié)作之外，OPCloud還具有許多使其與OPCAT區(qū)別開來的新穎功能。圖5中舉例說明了一個這樣的功能：將鼠標(biāo)懸停在OPL語句上時，將突出顯示OPD構(gòu)造（通過鏈接連接的一組事物，即對象和過程）。在圖5中，突出顯示的句子使過程OPM建模和對象OPM方法論以及連接它們的儀器鏈接也都在OPD中突出顯示。反之亦然。懸停在鏈接上應(yīng)突出顯示OPL句子， 并在OPD的注釋中顯示（或說出）。

OPM唯一地區(qū)分物理事物和信息事物（對象或過程），從而能夠根據(jù)信息事物和關(guān)系生成可執(zhí)行代碼，并模擬軟件在模型中以信息形式表示的硬件組件的仿真控制。在概念建模之后，相同的OPCloud框架應(yīng)能夠通過逐步完善系統(tǒng)并將其引入計算元素來在概念建模和詳細(xì)設(shè)計之間無縫地來回移動。模擬執(zhí)行應(yīng)將自動生成的軟件與建模的硬件組件相結(jié)合，以提供完整的系統(tǒng)級仿真。開發(fā)人員將能夠逐步用真實的原型零件替換建模的硬件組件，

結(jié)語–感言

為了回答一些問題，美國空軍少校（已退休）拉斐爾·維拉（Rafael Vila）在2017年10月2日寫道：

我如何了解OPM？

作為2008年擔(dān)任聯(lián)合測試官的職責(zé)的一部分，我被要求遵循國防部架構(gòu)框架（DoDAF，版本1.5）來支持測試和評估活動。這項工作的重要部分是解釋DoDAF工件，以開發(fā)有效的互操作性測試策略。DoDAF非常復(fù)雜，項目經(jīng)理一直在努力提供有價值的建筑數(shù)據(jù)?！Y(jié)果，我開始探索替代方法，并在2009年遇到了Dori教授的對象過程方法論（OPM）文本。

我在OPM方面的經(jīng)驗，它在工業(yè)或?qū)W術(shù)界中的應(yīng)用方式或應(yīng)用方式，尤其是在我的工作地點或工作中

大約10年后，我仍然…將OPM用作一種簡單的分析方法，以一致地識別和建模實現(xiàn)關(guān)鍵任務(wù)成果所需的頂級功能，支持工具和代理。

OPM對MBSE的潛在貢獻(xiàn)是什么？

OPM可以帶來急需的簡單性和結(jié)構(gòu)來改善IS的獲取?！璒PM可以開始彌合思想家，行動者和演說者之間的鴻溝-它們各自的輸入至關(guān)重要，但是必須優(yōu)化它們之間的交互。

總體上采用MBSE尤其是OPM面臨哪些挑戰(zhàn)？OPM比其他方法更容易或更具有挑戰(zhàn)性嗎？

OPM在正確的手中簡單，優(yōu)雅且功能強大。OPM面臨的最大挑戰(zhàn)是作為自由和開源軟件（FOSS）進(jìn)入政府和私人實體。

巴西航空工業(yè)公司商用飛機公司飛機安全與保障系統(tǒng)工程師Ricardo Moraes在2017年9月26日寫道：

我對OPM的經(jīng)驗，它在行業(yè)中的應(yīng)用方式或應(yīng)用方式？

我在空氣管理系統(tǒng)的研究場景中進(jìn)行了OPM應(yīng)用程序，經(jīng)驗非常好。OPM在功能分析的集思廣益和抽象級別上幫助進(jìn)行了泛化-專業(yè)化和繼承結(jié)構(gòu)關(guān)系，這些關(guān)系有助于我們從“全局”中進(jìn)行理解并有助于體系結(jié)構(gòu)的魯棒性。

OPM對MBSE的潛在貢獻(xiàn)是什么？

OPM在早期階段為MBSE做出了貢獻(xiàn)……以便快速了解并提供分析和解決方案。OPM通過在協(xié)調(diào)多學(xué)科團隊的工作時將不必要的概念手動抄寫最小化來提高生產(chǎn)率。

總體上采用MBSE尤其是OPM面臨哪些挑戰(zhàn)？

我認(rèn)為OPM是集思廣益的補充。OPM使上下文關(guān)系圖比SysML更加容易，并帶來了系統(tǒng)架構(gòu)師無需擔(dān)心細(xì)節(jié)的全局視圖。但是，OPM僅有一些注釋，這可能會在開發(fā)階段維護模型時造成困難。

總結(jié)和結(jié)論

自從關(guān)于OPM的第一篇論文（Dori，1995年）以來，兩本書（Dori 2002年; 2016年）和數(shù)十篇論文已經(jīng)發(fā)表在各種多學(xué)科的人造社會技術(shù)工業(yè)和信息系統(tǒng)以及生物系統(tǒng)中。應(yīng)用OPM的領(lǐng)域包括分子生物學(xué)（Somekh等人，2014），醫(yī)學(xué)（Wachs等人，2014），衛(wèi)星通信軟件開發(fā)（Dori和Thipphayathetthana，2015），社會技術(shù)系統(tǒng)（Osorio等人，2011）。 ），數(shù)據(jù)倉庫（Dori等，2008），代理技術(shù)（Sturm等，2010）和航空航天（Mordecai等，2016）。  

此部分清單展示了OPM極簡主義哲學(xué)的普遍性，并采用了盡可能最小的概念構(gòu)建塊集：有狀態(tài)的對象和對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換的過程。小就是美，如果我們希望有機會解決越來越復(fù)雜的系統(tǒng)的設(shè)計和生命周期支持，則必須使用簡單而強大的概念建模語言。同樣重要的是，一個出色的建模工具的可用性可以充當(dāng)采用MBSE的系統(tǒng)工程學(xué)徒。在開發(fā)OPCloud時，該原則正在指導(dǎo)我們，我們希望它在2018年底之前可以正常工作并可用。ISO 19450 OPM為工具供應(yīng)商提供了完整的指南，我們希望在不久的將來能開發(fā)出更多的OPM建模工具。

本文轉(zhuǎn)載自火龍果