主要内容

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验证机器冷却系统架构的需求

此示例展示了如何验证机器冷却架构模型系统设计的需求。在本示例中,您将学习如何:

  1. 编写序列图来规划利益相关者的需求,并根据代表功能工作流的状态图进行仿真。

  2. 实现需求表,以正式证明需求的一致性和完整性。

  3. 通过围绕组件创建测试框架来执行单元测试,以验证系统需求。

  4. 查看可追溯性图,该图可追溯数字线程从实现到利益相关者的需求。

在此示例中,使用机器冷却系统来演示工作流。机器冷却系统在机器过热时对机器进行冷却。如果冷却无效,机器冷却系统将关闭机器以防止损坏。

打开机器冷却工程示例

要开始,请打开此示例的工程。

openProject("scMachineCoolingExample");

要在工程中使用自定义功能,请加载 Simulink® 自定义设置。

sl_refresh_customizations;

定义需求

您可以使用 Requirements Toolbox™ 在了解利益相关者的需求后,定义利益相关者的需求。利益相关者的需求是描述与系统交互的参与者需要的高级需求,包括环境、性能、安全和维修问题。在 需求编辑器 (Requirements Toolbox) 中,使用需求视图来编写这些需求。在工程中,在工程快捷方式选项卡中,点击工程快捷方式 1. Stakeholder Requirements。需求编辑器显示了此示例工程的利益相关者需求。

例如,Noise Pollution 利益相关者需求表明,运行噪音不应超过 100 分贝。以下步骤验证了 Operating Temp 的需求。这些利益相关者的需求转化为系统需求,您可以使用这些需求来验证系统设计是否符合利益相关者的需求。

Requirements Editor stakeholder requirements for machine cooling. The noise pollution requirement is highlighted.

使用架构模型表示系统场景

使用 System Composer™ 编写用于逻辑分析的架构模型。该模型描述了机器的运行环境、冷却系统的逻辑行为以及机器冷却系统为降低高温而采取的措施。在工程中,在工程快捷方式选项卡中,点击工程快捷方式 2. Cooling Scenarios。System Composer 显示机器冷却场景作为输入、行为和动作。

Machine cooling scenarios as an architecture model in Inputs, Behaviors, and Actions.

在此架构模型中,环境温度和机器温度被输入到 Sense_temperature 组件,该组件将温度转换为输入到 Determine_cooling_action 组件,该组件决定下一步操作。操作场景包括:

  • 继续正常运行,由 Normal_operation 组件表示。

  • 冷却机器,由组件 Cooling_needed 代表。

  • 出现错误并关闭机器,由组件 Cooling_not_effective 表示。

要查看哪些需求与哪个系统组件相关联,您可以进入“需求透视”。从 System Composer 模型导航到 App>需求管理器

Requirements Perspective with requirements linked to components in architecture model.

环境参与者需求与机器冷却架构模型中的 Environment 组件相关联。Operations Engineer 演员需求与 Machine Operation 组件相关联。Determine_cooling_action 组件链接到 Operating Temp 利益相关者需求。链接到 Determine_cooling_action 组件的状态图行为通过设计验证了 Operating Temp 的需求。

使用序列图描述系统行为

序列图作为描述性模型。描述性模型是系统的图形化规范,用于向利益相关者传达不同的操作场景。您可以在 System Composer 中使用序列图来评估架构模型中组件之间的交互。在工程中,在工程快捷方式选项卡中,点击工程快捷方式 3. Test Sequence Diagram。序列图 TempControlUnit 显示了机器冷却系统的操作场景。

根据序列图,温度升至 40 度以上,冷却系统启动,然后由于冷却无效,机器关闭。有关创建序列图的更多信息,请参阅使用序列图描述系统行为

Descriptive model as a sequence diagram visualizing different operational scenarios for the machine cooling system.

序列图使用状态图来跟踪使用 Stateflow® 组件实现的操作场景。

State chart implementation of the operational scenario for the cooling system.

有关在 System Composer 中创建状态图的更多信息,请参阅使用 Stateflow 图实现组件行为

使用需求表分析需求

为了保持设计中需求的完整性和一致性,您可以使用 Requirements Table (Requirements Toolbox) 模块来分析它们。确定问题后,您可以调整需求。在工程中,在工程快捷方式选项卡中,点击工程快捷方式 4. Requirements Table。该模型显示了带有机器冷却输入的 Requirements Table 模块。

Requirements Table block with inputs.

使用 Simulink Design Verifier™,您可以在需求表中查看需求覆盖范围的正式描述。打开 Requirements Table (Requirements Toolbox) 模块。在工具栏上,选择>分析表以确定需求表是否一致,或查看操作以恢复一致性。

Requirements Table with information about requirements analysis.

此示例的需求是一致的,因为它们之间不存在冲突。需求是完整的,因为它们没有缺少任何功能。有关详细信息,请参阅识别不一致和不完整的正式需求集 (Requirements Toolbox)

使用单元测试验证需求

您可以将需求作为单元测试的一部分,通过使用 Simulink Test™ 来验证功能模型在设计流程的不同阶段是否满足需求。在工程中,在工程快捷方式选项卡中,点击工程快捷方式 5. Validate CoolingSimulink 测试管理器 (Simulink Test)随即打开。Test cooling behavior 测试套件包含两个场景:

  1. Cooling not effective机器过热,冷却系统无法有效降低温度,因此机器必须自动关闭。

  2. Cooling effective机器过热,但冷却系统运行正常,机器可继续正常运行。

对于每个场景,测试框架围绕在测系统,通过一组受控的输入和输出将系统隔离。要从 Simulink Test 管理器打开测试框架,请点击打开指定的测试框架 按钮。

Test harness with the system under test.

为了定义模型参数,Simulink Test Manager 在每次测试开始时,使用工作区变量加载每个场景的输入部分。点击运行进行测试。Simulink Test 管理器将结果显示在结果选项卡中。

Test results from Simulink Test Manager showing all tests passed.

所有测试均通过,以绿色勾号表示。有关 System Composer 中测试框架的更多信息,请参阅验证和确认需求

使用可追溯性图创建数字线程

数字线程可帮助您了解通过需求分析、验证和系统设计如何验证特定利益相关者的需求。您可以使用 Requirements Toolbox 中的可追溯性图创建数字线程。要查看利益相关者的需求,在工程中,在工程快捷方式选项卡中,点击工程快捷方式 1. Stakeholder Requirements。在需求编辑器中,从 StakeholderRequirements 需求集中选择 2.1 Operating Temp 需求。在工具栏上,选择分析>可追溯性图,然后查看所选需求周围的路径。

Traceability Diagram around Operating Temp requirement.

Operations Engineer 演员需要满足 Operating Temp 的需求。Cooling not effectiveCooling effective 测试用例验证了 Operating Temp 的需求。Determine_cooling_action 状态图实现了 Operating Temp 的需求。TempControlUnit 序列图描述了 Operating Temp 需求。

随着系统设计的进展,跟踪数字线程以显示需求验证,可以提高对有效系统行为的信心。有关可追溯性图的更多信息,请参阅使用可追溯性图可视化链接 (Requirements Toolbox)

另请参阅

模块

工具

函数

主题