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M o d é l i s a t i o n S y s M L Table des matières L'Ingénierie Système (IS),

M o d é l i s a t i o n S y s M L Table des matières L'Ingénierie Système (IS), ou Systems Engineering en anglais (SE), est une démarche méthodologique pour répondre à des problèmes complexes par la réalisation de solutions logicielles et matérielles. L'Ingénierie Système s'adresse aux secteurs suivants de l'activité industrielle :  Automobile  Ferroviaire  Aéronautique  Espace  Militaire  Systèmes embarqués (ex : encodage/décodage vidéo et audio, set top box)  Télécoms  Santé/médical  Production d'énergie, etc. UML, langage de modélisation très répandu pour les développements logiciels, a été utilisé et adapté pour définir un langage de modélisation des systèmes : SysML ou Systems Modeling Language. Dans cet article nous présentons l'Ingénierie Système, un bref historique sur SysML, puis des explications sur les modèles définis par SysML, illustrés par des exemples. Le but de cet article est de présenter de façon non-exhaustive le langage SysML. En revanche ce document ne traite pas des méthodologies à employer. I. Ingénierie Système▲ Les méthodes de l'Ingénierie Système (IS) reposent sur des approches de modélisation et de simulation pour valider les exigences, et pour vérifier ou évaluer le système. La modélisation a donc couramment été utilisée pour l'IS, que ce soit pour des représentations concrètes avec des plans ou modèles réduits, ou plus abstraites avec des systèmes d'équations. En général l'IS tend à modéliser les aspects suivants du système: décomposition fonctionnelle, flux de données, et décomposition structurelle. Exemples de techniques de modélisation employées :  Le diagramme de flux de données (DFD ou Data Flow Diagram) pour définir les données traversant un système et leurs traitements éventuels  Le diagramme de flux fonctionnel de bloc (FFBD ou Functional Flow Block Diagram) proche du diagramme UML d'activité ou du « flowchart » Les spécifications issues de l'IS relèvent souvent d'une documentation dense due à une approche orientée documentation (« document-based approach »), qui comporte généralement une sélection inconsistante de différents types de diagrammes. L'alternative consiste à effectuer une transition vers une « approche orientée modèles » (« model-based systems engineering » ou MBSE), permettant de réaliser un modèle cohérent du système, stocké et géré dans un référentiel, par exemple avec l'outil AGL Enterprise Architect de Sparx Systems. Cette approche permet la réalisation d'un ensemble organisé de modèles, s'appliquant à différents niveaux de granularités tels que l'aspect opérationnel (contexte et utilisation du système), l'aspect fonctionnel (structure et sous-fonctions du système), et l'aspect physique (architecture). La modélisation permet de maitriser la complexité du système étudié, car chaque modèle donne accès à une représentation abstraite de différents aspects du système. II. SysML : Historique▲ La modélisation avec le langage UML est une pratique bien établie dans l'industrie logicielle. Bien que le langage UML permette par son caractère à usage général d'adresser de nombreux besoins pour l'IS, il est nécessaire d'adapter ce langage de modélisation par la définition de « profils UML ». Plusieurs projets ont été menés pour réaliser des profils UML sur des domaines spécifiques de l'IS :  MARTE : profil UML pour des systèmes embarqués en temps-réel  Profil UML SoC (System on a Chip) Le besoin de définir un langage basé sur UML pour l'IS a été initié en 2001 par l'organisation internationale de l'ingénierie systèmeINCOSE (International Council on Systems Engineering), qui s'est mise en relation avec l'OMG (Object Management Group), organisme responsable d'UML, pour créer le groupe d'intérêt spécialisé dans les domaines de l'IS ou « SE DSIG » (Systems Engineering Domains Special Interest Group). Suite à de nombreux ateliers, l'INCOSE et l'OMG ont défini et publié la demande de proposition « UML pour l'IS » en 2003 (UML for SE RFP - Request For Proposal). Plusieurs membres de l'industrie (BAE, Motorola, oose, Boeing.), éditeurs d'outils (IBM, Sparx Systems.), universités et organisations (INCOSE, AP233) ont travaillés sur la définition du langage de modélisation système SysML (Systems Modeling Language).  Juillet 2006 : OMG annonce l'adoption de SysML  Septembre 2007 : spécifications de la version 1.0 rendues officielles  Décembre 2008 : SysML v1.1  Juin 2010 : SysML v1.2 (version actuelle) Les spécifications de SysML, tout comme UML, sont disponibles gratuitement en anglais depuis le site de l'OMG : www.omg.org ouwww.omgsysml.org. III. SysML : Présentation▲ SysML (Systems Modeling Language) est basé sur UML et remplace la modélisation de classes et d'objets par la modélisation deblocs pour un vocabulaire plus adapté à l'Ingénierie Système. Un bloc englobe tout concept logiciel, matériel, données, processus, et même la gestion des personnes. Comme représenté sur le diagramme suivant, SysML réutilise une partie d'UML2 (« UML 4 SysML » ou « UML pour SysML »), et apporte également ses propres définitions (extensions SysML). SysML n'utilise donc pas les 13 diagrammes définis par UML 2, permettant ainsi d'accéder à un ensemble de diagrammes accessibles et adaptés à l'IS. UML4SysML :  Diagramme de séquences  Diagramme d'états  Diagramme de cas d'utilisations  Diagramme d'activités  Diagramme de paquetage  Diagrammes de classe et structure composite (utilisés pour les diagrammes de définitions de blocs et de bloc interne - BDD & IDB) Extensions SysML :  Définitions pour les diagrammes de définitions de blocs et de bloc interne - BDD & IDB  Modifications dans le diagramme d'activités  Diagramme d'exigences (requirements) - Nouveau  Diagramme paramétrique - Nouveau  Allocations (traçabilité) - Nouveau Les diagrammes définis sous UML2, et ceux qui constituent SysML sont représentés ci-dessous. Hormis les nouveautés, la majorité des changements apportés par SysML se trouvent dans les diagrammes structurels. UML2 : 13 diagrammes - 6 structurels, et 7 dynamiques SysML : 9 diagrammes - 4 structurels, 4 dynamiques, et le diagramme d' exigences :  Structurels o Le « Block Definition Diagram » (BDD) remplace le diagramme de classes o L' « Internal Block Diagram » (IBD) remplace le diagramme de structure composite o Le diagramme de paquetage reste inchangé o Le diagramme paramétrique est une extension SysML pour l'analyse de paramètres critiques du système  Dynamiques o Le diagramme d'activités est légèrement modifié pour SysML o Les diagrammes de séquence, d'états, et de cas d'utilisations restent inchangés  Le diagramme d'exigences est une extension SysML Ainsi SysML permet de fournir un référentiel central qui supporte les analyses du système requises par l'IS, à savoir la décomposition fonctionnelle, les flux de données, et la décomposition structurelle. Cet article se poursuit par un aperçu de chacun des 9 diagrammes proposés par SysML, en commençant par la structure du système, suivi par le comportement du système (modélisation dynamique), et en terminant par les nouveautés de SysML (i.e. exigences, diagramme paramétrique). Les nouveautés SysML comprennent également les allocations, qui permettent d'améliorer la traçabilité. Cet ordre ne définit en aucun cas la méthodologie à suivre pour modéliser un système ; le sujet de cet article est la présentation du langage SysML et non les méthodologies appliquées aux projets. A noter que lors du déroulement d'un projet, il est courant que la modélisation structurelle s'effectue en parallèle avec la modélisation dynamique, souvent par cycles ou itérations. La modélisation du système permet également de travailler à différents niveaux de granularités. ▲ Le diagramme de définition de bloc (BDD, ou Block Definition Diagram en anglais) représente la vue boîte noire d'un bloc. Ainsi lebloc principal et la hiérarchie des blocs qui le composent, qu'ils soient logiciels ou matériels, sont spécifiés dans ce diagramme. Le BDD est similaire à la première page d'une notice de montage d'un meuble, indiquant la liste des éléments et des pièces à assembler avec leurs quantités respectives. Par rapport à UML, le BDD de SysML redéfinit le diagramme de classe en remplaçant les classes par des blocs. Le diagramme BDD ci-dessous provient de l'exemple OMG du purificateur d'eau. Informations liées au diagramme de définition de bloc (BDD) :  Les blocs sont représentés par des classes UML stéréotypées « block ».  Le bloc principal définit le purificateur d'eau (bloc Distiller) composé de 3 blocs : o un échangeur de chaleur (HeatExchanger) qui a un rôle de condensateur (condenser) o une bouilloire (Boiler) qui a un rôle d'évaporateur (evaporator) o une soupape (Valve) qui a un rôle de drain  Les trois blocs font physiquement partie du bloc principal (le purificateur d'eau), car les liens utilisés sur le diagramme sont des agrégations fortes ou compositions, représentées par un losange plein. Si un bloc n'en faisait pas physiquement partie, on parlerait alors d'une référence, et l'association utilisée serait une agrégation simple, représentée par un losange vide.  Il est également possible d'employer des liens de généralisation (héritage) sur un BDD.  On peut voir que certains aspects dynamiques du système ont déjà été modélisés en raison de la présence d'opérations (ex : l'opération 'boil water' dans le bloc Boiler).  Les ports de flux (flow ports) est une nouveauté SysML ; les « flow ports » représentent ce qui peut circuler en entrée et/ou en sortie d'un bloc, que ce soit des données, de la matière ou de l'énergie. o Ainsi le bloc « Distiller » utilise en uploads/Ingenierie_Lourd/ language-sysml.pdf