ARCADIA
ARCADIA — это инженерный метод архитектурного проектирования в MBSE, применяемый для описания сложных технических систем и поддерживаемый инструментом ЛОЦМАН:PLM Архитектурное проектирование; он помогает согласовывать требования, ограничения и проектные решения через последовательную проработку архитектуры на четырех уровнях: анализ применения, системный анализ, логическая архитектура и физическая архитектура. На каждом уровне формируется взаимосвязанная модель системы: от выявления заинтересованных сторон и их потребностей до определения границ системы, функций, интерфейсов, логических компонентов и физических способов реализации. В результате создается целостная мультидоменная архитектурная модель, которая обеспечивает трассируемость требований, полноту и непротиворечивость проектных решений и служит основой для дальнейшего детального проектирования компонентов системы.
ARCADIA (Architecture Analysis and Design Integrated Approach) — это инструментальный метод проектирования архитектуры мехатронных технических систем, поддерживаемый инструментом моделирования ЛОЦМАН:PLM Архитектурное проектирование.
Данный метод может быть применен к описанию архитектуры технических систем любого типа, оборудования, программного обеспечения или аппаратной архитектуры, особенно в тех случаях, когда необходимо согласовать жёсткие ограничения (стоимость, производительность, безопасность, возможность повторного использования, потребление, вес и т. д.).
В отличии от таких языков моделирования как SysML или UML разработанных в академической среде или поставщиками программного обеспечения, язык и метод Arcadia — это результат многолетней работы международных экспертов в области моделе-ориентированной системной инженерии, другими словами, это язык и метод, разработанный инженерами и для инженеров.
Язык и метод Arcadia широко используется во всем мире для сложных инженерных проектов, примером их применения является разработка мультимедийных систем для самолетов Boeing и Airbus, моделирование подсистем газотурбинного двигателя серии UltraFun компании Rolls Royce, разработка архитектуры ракетоносителей компании Ariane Groupe, или моделирование архитектуры «ядерного острова» для Framatome.
Метод (архитектурный каркас) используемый при работе с инструментом ЛОЦМАН:PLM Архитектурное проектирование, фокусируется на комплексном определении архитектуры, в виде семейства взаимосвязанных архитектурных моделей инженерной системы на четырех архитектурных уровнях (уровнях абстракции):
- Анализ применения;
- Системный анализ;
- Логическая архитектура;
- Физическая архитектура.
На каждом из уровней, в соответствии с установленными правилами, создается семейство моделей, в совокупности дающие представление о границах, составе элементов, структуре и поведении целевой инженерной системы в окружающей ее среде на данном уровне абстракции. Каждый уровень уточняет, декомпозирует и развивает архитектурные решения, принятые на предыдущем уровне.
Анализ применения – первый уровень разработки архитектуры, он посвящен моделированию и анализу области проблем. В рамках анализа применения выявляются и анализируются потребности или проблемы заинтересованных сторон. Данный архитектурный уровень абстракции предназначен для отделения описание потребности от способа ее возможного удовлетворения, поэтому целевая (проектируемая) система здесь не рассматривается. Такой подход может привести к неожиданным результатам, например к появлению прорывных технологий, или продуктов, решающих поставленные задачи нестандартным, но более эффективным способом.
На данном уровне необходимо определить и зафиксировать все заинтересованные стороны, которые будут взаимодействовать с будущей системой, а также их потребности, проблемы, мотивы, цели, задачи, намерения и т.д. в форме возможностей применения. Для этих целей используется диаграмма типа «Возможности применения».
Далее, определяется перечень действий необходимых для достижения зафиксированных возможностей применения. Действия определяются в привязке к заинтересованным сторонам с помощью диаграммы типа «Архитектура применения».
Основными результатами моделирование на уровне анализа применения являются перечень заинтересованных сторон и их потребности, которые используются далее для формирования исходных требований к целевой системе.
Трассировка требований на результаты моделирования на уровне анализа применения, могут использоваться для валидации требований заинтересованных сторон.
Результаты анализа применения используются на следующем уровне разработки архитектуры – системном анализе.
Системный анализ — второй уровень проектирования архитектуры. Он определяет границы проектируемой системы и способы реализации исходных требований определенных на основе анализа потребностей заинтересованных сторон.
Проектируемая система здесь рассматривается как «черный ящик», принципов устройства которого мы не знаем, но можем описать его функции, и интерфейсы для взаимодействия с окружением. В качестве окружения целевой системы рассматриваются акторы (включающие по мимо заинтересованных сторон еще явления или предметы материального мира, например ветер или атмосферное давление), фиксируемые на диаграмме типа «Системные акторы».
Для целевой системы, на диаграмме «Миссии и Возможности, определятся выполняемая системой миссия (целевое предназначение системы), и ее ключевые составляющие в виде возможностей. Например, для Газотурбинного двигателя целевой миссией может быть «Перемещение планера воздушного судна в пространстве» а возможностями «Создание тяги» и «Топливная экономичность».
Миссия и возможности выступают в роли ключевых требований, от реализации которых зависит успешность проектируемой системы, они используются для дальнейшей декомпозиции и уточнения системных функций в привязке к будущей системе или заинтересованным сторонам (Акторам).
Для каждой из возможностей могут быт разработаны отдельные диаграммы, описывающие архитектуру системы необходимую для ее реализации. Такой подход позволяет сконцентрировать внимание на реализации требуемых возможностей системы, и не потерять их в общей массе объектов, используемых для писания архитектуры.
Метод ARCADIA и ЛОЦМАН:PLM Архитектурное проектирование позволяют моделировать функциональные цепи, например на рисунке 5: синим цветом выделены цепочка функций «Уход в занос», и красным – «Стабилизация». Данная возможность позволяет однозначно выделить последовательность выполнения функций среди всех функций, представленных на диаграмме. Функциональные цепи являют важными исходными данными для выполнения анализа функциональной безопасности.
В итоге, моделирование на уровне системного анализа позволяет, зафиксировать границы проектируемой системы, уточнить исходные требования и сформировать необходимый перечень корректных и непротиворечивых проектных (системных) требований к изделию как к черному ящику, сформулировать перечень системных функций и интерфейсов взаимодействия с эксплуатирующей системой. Все эти данные являются исходными для разработки архитектуры на уровне логической архитектуры.
Уровень логической архитектуры описывает решение, представляющее абстрактный концептуальный проект, декомпозирующий системные функций и распределяющий их по логическим компонентам. На этом уровне определяется из каких систем должна состоять целевая система, какие функции они должны выполнять, и как должны взаимодействовать друг с другом.
Для уточнения и/или декомпозиции системных функций используется диаграммы типа «Логический поток данных».
Выявленные функции аллоцируются на системы (логические компоненты) их реализующие, для этих целей используется диаграмма типа «Логическая архитектура» Например, решается, что системная функция «Поднять давление в пневмоподвеске» реализуется в виде логического компонента «Блок подачи воздуха».
Как результат, модель архитектуры на уровне логического анализа, позволяет определить перечень основных систем или подсистем, целевой системы, определить сценарии и интерфейсы их взаимодействия, сформировать для них спецификации исходных требований. Все эти данные являются исходными для разработки архитектуры на уровне физической архитектуры.
Уровень физическая архитектура – используется для определения физических способов реализации решений, принятых на уровне логической архитектуры. Например, для реализации логической системы «Заслонка», на уровне физической архитектуры, принято решение использовать физическую подсистему «ВЗС» (Рисунок 8).
На уровне физической архитектуры уточняется и детализируется архитектурное описание, полученное на вышестоящем уровне логической архитектуры и как результат получается набор физических компонентов, которые нам необходимо реализовать самостоятельно на этапах РКД или заказать для приобретения (или разработки соисполнителям).
Компоненты физической архитектуры могут быть связаны с требованиями из (Рисунок 8), формируя тем самым моделе-ориентированное техническое задание, обеспечивающее однозначность интерпретации требований их полноту и непротиворечивость. Такая модель может быть передана соисполнителям и использоваться ими для детального проектирования составных частей целевой системы.
Как результат этого уровня разработки архитектуры формируется мультидоменная архитектурная модель, включающая:
- Детальное описание принципов работы целевой системы и всех ее составных частей, включая механику, электрику, электронику, системы управления.
- Описание сценариев и интерфейсов взаимодействия составных частей
- Требования ко всем компонентам, интерфейсам и связям
Такая модель служит основой для процессов детального проектирования отдельных систем и компонентов целевой системы.
Онтологическая структура
Метод ARCADIA определяет онтологию, которая способствует согласованности в определении архитектуры продукта или услуги. Каждый уровень уточняет, декомпозирует и развивает архитектурные решения, принятые на предыдущем уровне. Благодаря чему достигается согласованность в определении архитектуры, проектируемой системы/изделия. Каждый слой метода и элементы модели связаны с элементами предыдущего и следующего уровней с помощью связей реализации. Эта функция является ключевой, так как модель может отражать потребности пользователя на верхнем уровне, определять ожидания системы на следующем и затем описывать, как система будет работать и строиться на физическом уровне. Модель предоставляет возможность перемещаться по различным связям реализации и обеспечивать обоснование заложенных в ней идей.
Например, пройдя по связям реализации, можно:
- Понять и проверить, какие функции были получены из более высоких слоев
- Определить, какие структурные элементы, такие как компоненты системы, выполняют определенные функции
- Изучить описание возможностей, включая функции, взаимодействия, режимы и состояния. Это помогает разработчику модели лучше понять, какие функции ему нужны и как они будут взаимодействовать
- Увидеть интерфейсы между различными компонентами и визуально оценить, нет ли каких-либо конструктивных недостатков с точки зрения различных заинтересованных сторон
В большинстве случаев эти связи реализации связывают элементы одного типа, как показано на рисунке ниже.
Благодаря связи между инструментом «ЛОЦМАН:PLM Архитектурное проектирование» и методологией, обеспечивается единый доступ к трем компонентам, необходимым для реализации практик моделе-ориентированной системной инженерии (методологии, языку и инструменту отображения), что делает разработку системной архитектуры интуитивно понятной тем, кто не имеет опыта работы. А наличие интеграции с ЛОЦМАН:PLM позволяет обогатить процесс проектирование информацией ранее не доступной в виде объектов PDM-системы.
Моделирование описания архитектуры технических систем в «ЛОЦМАН:PLM Архитектурное проектирование» идет с использованием диаграмм метода ARCADIA.
Особенности ARCADIA
- Модели, поддерживающие совместную работу и ко-инжиниринг в масштабах предприятия
- Для каждого этапа разработки архитекутры по методу ARCADIA создается модель. Все эти модели связаны между собой с помощью преобразования моделей и обосновывающих связей. Они обрабатываются как единое целое для анализа влияния, особенно в случае необходимости внесения изменений.
- Для взаимодействия инженеров используются специализированные точки зрения, позволяющие формализовать ограничения и оценить адекватность архитектуры с точки зрения каждого из них
- Взаимодействие с заказчиком и разработка подсистем основаны на совместных моделях (например, физической архитектуре), автоматической инициализации модели потребностей для подсистем и средствах анализа влияния между требованиями и моделями разных уровней разработки.
- Интеграция, верификация, валидация и квалификация (IVVQ) определяются возможностями пользователя, функциональными цепочками и сценариями в модели, а не текстовыми требованиями
- Разработка вариаций и конфигураций продуктовой линейки оптимизируется и упрощается на основе сегментации операционного рынка, содержания коммерческого портфеля и архитектурных ограничений/адаптации к продуктовой политике. Все это описано в модели.
- Метод создан специально для архитектурного проектирования
- Для упрощения адаптации всеми заинтересованными сторонами, которые обычно не знакомы с универсальными языками, такими как UML или SysML, был выбран предметно-ориентированный язык (DSL).
- Работа со сложностью и размером
- Уровни абстракции заложены в ДНК ARCADIA. В ЛОЦМАН:PLM Архитектурное проектированиебыли разработаны усовершенствованные механизмы для маскировки и ограничения сложности, обслуживания моделей, крупномасштабного моделирования, эволюции моделей и их повторного использования.
- Проверено в реальных производственных условиях
- В настоящее время ARCADIA применяется в различных сферах и организациях, во многих странах, в очень крупных и небольших проектах, тысячами пользователей. Постоянное совершенствование и адаптация метода способствовала его быстрому распространению.
