[Ci2016] MBSE

Mission Simulation Lab
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Mis
HIC
Ficha:
Nome: Apresentação sobre MBSE
Local: INPE
Data: 2016-07-15 – 08h00  10h00
Público Alvo: Alunos de Graduação - Multidisciplinares
12:40 1

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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

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Shift de Realidades
Margaret Hamilton
Servidores

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Missio
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Conceitos de “Model Based
System Engineering”
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Drª. Ana Maria
Ambrosio
MSc. Christopher
Cerqueira
aluno
doutorado
Dr. Claudio Kirner

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[Agenda]
Meta Apresentação.
Apresentação da Apresentação.
Motivação
Conceitos
Tendências Diagramáticas
Exemplo de uso de OPM
12:40 5cscerqueira.com.br

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Será que é possível fazer isso tudo na mão?
(SpaceX) Grasshoper Test
(Google) Self-drive Car
(Google) Boston Dynamic – Atlas Robot

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Sistemas Complexos
Interdisciplinares e Acoplados
12:40 8
Sistemas
Complexos
Acoplados
Engenharia de
Sistemas
Complexos
AGILE
*pouca documentação
*muitos modelos
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Conceitos
Engenharia de Sistemas
Modelos, metamodelos, metodologia
12:409

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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

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Engenharia de sistemas
Engenharia de Controle
Pensar abstratamente...
Engenharia das
Especialidades
Abstrato

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Métodos/algoritmos/receitas de
bolo/melhores práticas de como
construir sistemas complexos.
Figuras do autor, adaptadas do SMAD(Wertz)

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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

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12:40 15
Projetar o produto e o que
vai dar suporte a ele
(pessoas/equipamentos)
Figura do autor

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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

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Modelo
12:40 18
Mapeamento
Pragmatismo
cscerqueira.com.br
Redução
Figura da palestra do J. Bezevin

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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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Figura da palestra do J. Bezevin

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modelo = metamodelo( );
http://www.ariquemesonline.com.br/noticia.asp?cod=292364&codDep=34

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Meta-modelo Mk
Meta-modelo A
3 paradigmas:
(BÉZIVIN, 2012)
sistema S
modelo
M
representa Em conformidade
modelo Mk
derivado de
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Redução
Mapeamento
12:40cscerqueira.com.br 21Meta-modelo Mk
modelo Mk
derivado de
1
2
Transformação
3

Model Based System
Engineering (MBSE)
Model
Approach
System
Engineering
MBSE

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[Motivador]
Model Based Design by MathWorks

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Metodologias que utilizam modelos:
(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)
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Formalização da aplicação de modelagem,
baseadas em ferramentas.
metamodelagem, e
transformação de modelos

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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

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Modelos devem fazer parte de TUDO
Figura da palestra do Prof. Dov Dori

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Ciclo de vida
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Concepção
Necessidade
Projeto
Conceitual
Projeto
Detalhado
Industrializaçã
o
Integração e
Testes
Lançamento Operação
Figura do autor

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Tradicional: troca de documentos
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Concepção
Necessidade
Projeto
Conceitual
Projeto
Detalhado
Industrializaçã
o
Integração e
Testes
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

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MBSE: Troca de Modelos
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Concepção
Necessidade
Projeto
Conceitual
Projeto
Detalhado
Industrializaçã
o
Integração e
Testes
Clientes Equipe de
Viabilidade
Equipe de Projeto
Conceitual
Equipe de Projeto
Detalhado
Equipe de AIT
Equipe de entrega
ClientesOperadores
Figura do autor

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Concepção
Necessidade
Projeto
Conceitual
Projeto
Detalhado
Industrializaçã
o
Integração e
Testes
Clientes Equipe de
Viabilidade
Equipe de Projeto
Conceitual
Equipe de Projeto
Detalhado
Equipe de AIT
Equipe de entrega
ClientesOperadores
Centro de
Informação
Equipe de Tecnologia
da Informação
MBSE: Armazenamento “centralizado”
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Figura do autor

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Modelar e Simular... sempre
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Concepção
Necessidade
Projeto
Conceitual
Projeto
Detalhado
Industrializaçã
o
Integração e
Testes
Inputs
Design
Simulate
Verificate
Outputs
Cada Atividade
Figura do autor

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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

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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

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MBSE: Redesenhando...
Figura do autor

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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

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T2. Requisitos...

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T2. Requisitos  Modelos Simuláveis
▪ Requisito Textual
▪ Requisito diagramático
▪ Requisito dinâmico (modelo/simulação)
REQ001 – O churrasco do curso de inverno de 2016 deve conter carne.
Tendência

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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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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

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SysML

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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.

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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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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 do autor

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Coisas (entidades): Objetos e
Processos
Coisas
Objetos Processos
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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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.
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Figura do autor

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Tudo OK?

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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

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Structural Links
12:40 50
StructuralRelational
Aggregation
Exhibition
Specialization
Instantiation
Figuras da ISO 19540

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Behaviour (Procedural Links)
12:40 51
Procedural
Transforming
• Consume
• Create
• Effect
Enabling
• Agent
• Instrument
Control
• Events
• Conditions
• Invocation
• Exceptions

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Other Mechanisms
Operators
• Multiplicity
• Logical
Complexity
• Zoom-In – Zoom-
Out
• Unfolding - Folding
• State expression –
suppression
Simulation
12:40 52
“Models interrelation”

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Exemplos:
Model-Based Guidelines for User-Centric Satellite Control Software Development
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Exemplos:
Agile Modeling of an Evolving Ballistic Missile Defense System with Object-Process
Methodology
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Exemplos:
Project Management vs. Systems Engineering Management: A Practitioners’ View
on Integrating the Project and Product Domains
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Exemplos:
Conceptual Model-Based Systems Biology: Mapping Knowledge and
Discovering Gaps in the mRNA Transcription Cycle
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Exemplos:
12:40 57
https://www.researchgate.net/publication/265745813_Visualizing_the_Dynamics_of_Conceptual_Behavior_Models_The_Vivid_OP
M_Scene_Player

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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

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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

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Por fim...
Como implantar MBSE (não
necessariamente OPM-Based) em qualquer
fase do ciclo de vida??
Algumas Perguntas:

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1. Quais são as linguagens
computacionais para descrever
modelos!??!

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2. Os engenheiros tem facilidade
de modelar nas linguagens
disponíveis!??!

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3. Como simplificar o linguajar para
descrição de modelos? E tornar
modelagem e simulação natural
para a engenharia...

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E por fim
4. Como aplicar este linguajar a um
cenário do domínio de
conhecimento e da fase??

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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

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▪ 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

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O futuro
GE

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Dúvidas: christophercerqueira@gmail.com
Site: http://cscerqueira.com.br
Facebook: http://fb.com/RVA.BR
Para maiores dúvidas
filosóficas:
INPE – SJC
Prédio Satélite
Sala 95

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