O documento apresenta uma palestra sobre Model Based System Engineering (MBSE) realizada no INPE em 2016. A palestra introduz conceitos como engenharia de sistemas, modelos, metamodelos e MBSE, e discute tendências em diagramas como SysML e OPM. O objetivo era motivar alunos de graduação sobre as vantagens da abordagem baseada em modelos no desenvolvimento de sistemas complexos.
MESTRES DA CULTURA DE ASSARÉ Prof. Francisco Leite.pdf
[Ci2016] MBSE
1. Mission Simulation Lab
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Mission Simulation Lab
HICEE
Mis
HIC
Ficha:
Nome: Apresentação sobre MBSE
Local: INPE
Data: 2016-07-15 – 08h00 10h00
Público Alvo: Alunos de Graduação - Multidisciplinares
12:40 1
2. Mission Simulation Lab
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12:40cscerqueira.com.br 2
O que
vocês
viram
durante as
semanas?
Problemas de
engenharia
Desenvolver e
Manter um
sistema
altamente
complexo e
acoplado
O que todas as
áreas tem em
comum? Mas
ninguém fala?!
Modelagem
e
Simulação
4. Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
HICEE
Missio
HICEE
Conceitos de “Model Based
System Engineering”
cscerqueira.com.br
Drª. Ana Maria
Ambrosio
MSc. Christopher
Cerqueira
aluno
doutorado
Dr. Claudio Kirner
5. Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
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Mission Simulation Lab
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Mission Simulation Lab
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[Agenda]
Meta Apresentação.
Apresentação da Apresentação.
Motivação
Conceitos
Tendências Diagramáticas
Exemplo de uso de OPM
12:40 5cscerqueira.com.br
7. Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
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Será que é possível fazer isso tudo na mão?
12:40cscerqueira.com.br 7
(SpaceX) Grasshoper Test
(Google) Self-drive Car
(Google) Boston Dynamic – Atlas Robot
10. Mission Simulation Lab
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Engenharia de Sistemas
Como projetar, e gerir,
sistemas complexos no seu
ciclo de vida
Sistema: “A system is a set of
elements in interaction” (von
Bertalanffy)(1)
Conjunto de
boas práticas!
http://sebokwiki.org/wiki/Guide_to_the_Systems_Engineering_Body_of_Knowledge_(SEBoK)
http://www.incose.org
11. Mission Simulation Lab
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Engenharia de sistemas
Engenharia de Controle
Pensar abstratamente...
12:40cscerqueira.com.br 11
Engenharia das
Especialidades
Abstrato
13. Mission Simulation Lab
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Mission Simulation Lab
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Métodos/algoritmos/receitas de
bolo/melhores práticas de como
construir sistemas complexos.
12:40cscerqueira.com.br 13
Figuras do autor, adaptadas do SMAD(Wertz)
14. Mission Simulation Lab
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Ciclo de Vida (Diagrama V)
12:40 14
Figura do autor, adaptada do NASA-SE e ECSS-E-TM-10-21
15. Mission Simulation Lab
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12:40 15
Projetar o produto e o que
vai dar suporte a ele
(pessoas/equipamentos)
Figura do autor
17. Mission Simulation Lab
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Core do esforço: Modelos
Em palavras simples...
▪Um modelo é uma imagem simplificada de um
sistema.
▪Modelo vem da palavra em latim “modullus”,
diminutivo de “modus” (medida)
▪O que? (mapeamento)
▪Como? (redução)
▪pra quem, quando e para o que? (pragmatismo)
▪As terminologias são recentes mas a ideia é
antiga
12:40 17cscerqueira.com.br
18. Mission Simulation Lab
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Modelo
12:40 18
Mapeamento
Pragmatismo
cscerqueira.com.br
Redução
Figura da palestra do J. Bezevin
19. Mission Simulation Lab
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modelo = metamodelo( );
“Metamodelo é uma especificação explicita de uma abstração. Para definir uma abstração, um
metamodelo identifica uma lista de conceitos relevantes e uma lista de relações relevantes entre
os conceitos, sendo usado como um filtro de possibilidades de uma dada atividade de modelagem.”
(Bézivin e
Gerbé, 2001)
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12:40cscerqueira.com.br 19
Figura da palestra do J. Bezevin
23. Mission Simulation Lab
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[Motivador]
Model Based Design by MathWorks
12:40 23cscerqueira.com.br
24. Mission Simulation Lab
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Metodologias que utilizam modelos:
12:40cscerqueira.com.br 24
(Sampson e
Friedenthal ,
2015)
“Formalização da aplicação de modelagem de sistemas como apoio para atividades de requisitos,
design, análise, verificação e validação, começando na fase de design conceitual e continuando através
do desenvolvimento em futuras fases do ciclo de vida.”
“Um conjunto de práticas bem definidas baseadas em ferramentas que utilizam ao mesmo tempo
metamodelagem e transformação de modelos para atingir automaticamente objetivos em produção,
manutenção e operação de sistemas intensivos de software.”
(Bézivin, 2012)
Mission Simulation Lab
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Formalização da aplicação de modelagem,
baseadas em ferramentas.
metamodelagem, e
transformação de modelos
25. Mission Simulation Lab
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Múltiplos nomes
▪ MDD – Model Driven Development
▪ MDSD – Model Driven Software Development
▪ MDA – Model Driven Architect
▪ MDSE – Model Driven Software Engineering
▪ MDRE – Model Driven Reverse Engineering
▪ MM – Model Management
▪ ADM – Architecture Driven Modernization
▪ DDD – Domain Driven Design
▪ MBD – Model Based Development
▪ … → infinito
12:40 25cscerqueira.com.br
27. Mission Simulation Lab
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Ciclo de vida
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12:40cscerqueira.com.br 27
Concepção
Necessidade
Projeto
Conceitual
Projeto
Detalhado
Industrializaçã
o
Integração e
Testes
Lançamento Operação
Figura do autor
28. Mission Simulation Lab
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Tradicional: troca de documentos
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Concepção
Necessidade
Projeto
Conceitual
Projeto
Detalhado
Industrializaçã
o
Integração e
Testes
Lançamento Operação
Clientes Equipe de
Viabilidade
Equipe de Projeto
Conceitual
Equipe de Projeto
Detalhado
Indústria / Equipe de prototipação in-house
Equipe de AIT
Equipe de entrega
(finalização/lançamento)
ClientesOperadores
Figura do autor
29. Mission Simulation Lab
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MBSE: Troca de Modelos
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Concepção
Necessidade
Projeto
Conceitual
Projeto
Detalhado
Industrializaçã
o
Integração e
Testes
Lançamento Operação
Clientes Equipe de
Viabilidade
Equipe de Projeto
Conceitual
Equipe de Projeto
Detalhado
Indústria / Equipe de prototipação in-house
Equipe de AIT
Equipe de entrega
(finalização/lançamento)
ClientesOperadores
Figura do autor
30. Mission Simulation Lab
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Concepção
Necessidade
Projeto
Conceitual
Projeto
Detalhado
Industrializaçã
o
Integração e
Testes
Lançamento Operação
Clientes Equipe de
Viabilidade
Equipe de Projeto
Conceitual
Equipe de Projeto
Detalhado
Indústria / Equipe de prototipação in-house
Equipe de AIT
Equipe de entrega
(finalização/lançamento)
ClientesOperadores
Centro de
Informação
Equipe de Tecnologia
da Informação
MBSE: Armazenamento “centralizado”
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Mission Simulation Lab
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Figura do autor
31. Mission Simulation Lab
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Modelar e Simular... sempre
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Concepção
Necessidade
Projeto
Conceitual
Projeto
Detalhado
Industrializaçã
o
Integração e
Testes
Lançamento Operação
Inputs
Design
Simulate
Verificate
Outputs
Cada Atividade
Figura do autor
32. Mission Simulation Lab
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Modificação do conceito em V, para
Cascatas de Ys
12:40 32
Inputs
Design
Simulate
Verificate
Outputs
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Conceito baseado na apresentação do Andrea Barp, EMBRAER
33. Mission Simulation Lab
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12:40 33
tempo
“quantidadedetrabalho+profundidadededetalhes”
V – Waterfall
Ys – Prototype Cascade
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Equip
SubS
Sis
0 A B C D E F
Figura do autor
37. Mission Simulation Lab
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Mission Simulation Lab
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Sistema Final
T1. Modelagem
Target
“Código
Final”
embarca
constrói
Algoritmos
codificados na
linguagem do target
transforma
Modelo numa
linguagem
independente do target
transforma
Ex.: Código
de máquina
Ex.: Código
Arduino
Ex.: Modelo
Matlab
Ex.:
Arduino
Figura do autor
39. Mission Simulation Lab
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T2. Requisitos Modelos Simuláveis
▪ Requisito Textual
▪ Requisito diagramático
▪ Requisito dinâmico (modelo/simulação)
12:40cscerqueira.com.br 39
REQ001 – O churrasco do curso de inverno de 2016 deve conter carne.
Tendência
40. Mission Simulation Lab
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Modelos modelos modelos
▪ Já temos bons modelos diagramáticos nas
especialidades.
▪ Elétrica
▪ Mecânica
▪ Térmica
▪ Etc.
▪ E para descrição de sistemas?
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41. Mission Simulation Lab
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Modelos para sistemas
SysML - System Modelling Language
▪ SysML é uma linguagem de modelagem gráfica
em resposta ao UML para Sistemas
▪ SysML suporta especificação, análise, projeto,
verificação e validação de sistemas incluindo
hardware, software, dados, pessoal, procedimento
e infraestruturas.
▪ http://www.omgsysml.org/
▪ SysML V1.4 Beta Specification
▪ – Março 2014
12:40cscerqueira.com.br 41
42. Mission Simulation Lab
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Modelos para sistemas
SysML
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Figura da palestra do Prof. Dov Dori
44. Mission Simulation Lab
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Modelos para sistemas
OPM – Object-Process Methodology
OPM aspectos estruturais e de comportamento
coexistem
Três blocos básicos de entidades: objetos, processos e
estados
Apenas um diagrama – possibilita melhor
compreensão do sistema como um todo
Ontologicamente completo.
12:40cscerqueira.com.br 44
45. Mission Simulation Lab
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OPM foi desenvolvida para
Modelagem Conceitual
▪ Qual a ideia da modelagem conceitual?
▪ Modelar de maneira simplificada sistemas.
http://sdm.mit.edu/the-maturation-of-model-based-systems-engineering-opm-as-the-iso-conceptual-modeling-language-standard/
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12:40cscerqueira.com.br 45
Construção de uma figura mental simplificada utilizando formalismos visuais/textuais que possam
converter conhecimentos do indivíduo para bases de dados, melhorando a eficiência da colaboração e
compartilhamento de conhecimento (inter/intra fases de desenvolvimento).
ideia
Modelagem
Conceitual
Sistema Real
Sistema
Simplificado
modelagem
Figura da palestra do Prof. Dov Dori
Figura do autor
46. Mission Simulation Lab
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Coisas (entidades): Objetos e
Processos
Coisas
Objetos Processos
12:40cscerqueira.com.br 46
Objeto: Uma coisa que
existe ou pode existir
Processo: Uma coisa que
transforma um ou mais
objetos
Product
testing
not tested tested
1. Objetos com estados
2. Processos
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47. Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
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Dois canais de estimulação
cognitiva: visual-OPD e textual-OPL
Diagramático (OPD) Textual (OPL)
Christopher is physical.
Christopher knows OPM Theory.
Christopher handles presenting.
OPM consists of OPM Theory.
presenting is physical.
presenting consumes OPM Theory.
presenting yields Presentation.
Mission Simulation Lab
HICEE
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12:40cscerqueira.com.br 47
Figura do autor
49. Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
HICEE
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Mission Simulation Lab
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Majors aspects of any system?
▪ Structure – the static aspect. What the system is
made of.
▪ Time-independent
▪ Behavior – the dynamic aspect. How the system
changes over time.
▪ Time-dependent
▪ Function – The utilitarian, subjective aspect.
▪Why is the system built?
▪ For whom is the system built?
▪Who benefits from operating the system?
12:40 49
OnlyoneDiagramType
58. Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
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Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
HICEE
Brief comparison: SysML and OPM
Feature SysML OPM
Theoretical Foundation UML; Object-
Oriented Paradigm
Minimal Universal Ontology;
Object-Process Theorem
Standard Documentation
number of pages
1670 130
Standardization body OMG (2006) ISO (2015)
Number of diagram kinds 9 1
Graphic modality Yes Yes
Textual modality No Yes
Physical-Informatical
Distinction
No Yes
Systemic-Environmental
Distinction
No Yes
12:40 58
Tabela da palestra do Prof. Dov Dori
59. Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
HICEE
OPM ecosystem
12:40 59
OPM
Vivid OPM Player
MATLAB
AUTOMATLAB
Java
UML(SysML)
Use Case
Sequence
State Chart
Class
Deployment
Activity
HTML
Code Generation
Connects with
Model Transformation
Code Generation
Document Generation
C++
Targets
Figura do autor
60. Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
HICEE
Por fim...
12:40cscerqueira.com.br 60
Como implantar MBSE (não
necessariamente OPM-Based) em qualquer
fase do ciclo de vida??
Algumas Perguntas:
61. Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
HICEE
12:40cscerqueira.com.br 61
1. Quais são as linguagens
computacionais para descrever
modelos!??!
62. Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
HICEE
12:40cscerqueira.com.br 62
2. Os engenheiros tem facilidade
de modelar nas linguagens
disponíveis!??!
63. Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
HICEE
12:40cscerqueira.com.br 63
3. Como simplificar o linguajar para
descrição de modelos? E tornar
modelagem e simulação natural
para a engenharia...
64. Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
HICEE
12:40cscerqueira.com.br 64
E por fim
4. Como aplicar este linguajar a um
cenário do domínio de
conhecimento e da fase??
66. Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
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OPM Designer
Desenvolvimento de módulos Norma
12:40 66
OPL
• Template de
Contextos, “herança
de modelos”.
• Exportação para
outras ferramentas.
cscerqueira.com.br
Figura do autor
67. Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
HICEE
Mission Simulation Lab
HICEE
▪ Deve-se evoluir os modelos no ciclo de vida. REUSO =
NÃO PERDER TEMPO
▪ Uso intensivo de software (processo / produto) é um
caminho sem retorno (Ressalvo explosão solar, guerra
nuclear, Skynet, Apocalipse Zumbi)
▪ (Generalizando) Maioria das outras áreas de
conhecimento tem ZERO conhecimento de
programação. Como resolver isso? Desafios...
▪ Montar ferramentas para “Produtos Interdisciplinares
Acoplados” são desafios.
▪ OPM is COOL
▪ Cerne computacional: Grafos
12:40cscerqueira.com.br 67