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基于任务单元模型的研发流程验证

2019-12-11 来源:《航空计算技术》作者:中航工业西安航空计算技术研究所 丁明,张军,朱沧,张昕
摘要:为了解决研发流程设计与需求的不一致性问题,提出了一种基于任务单元模型和线性时序逻辑的研发流程验证方法。方法应用任务单元模型分解研发流程,采用Promela语言描述模型,线性时序逻辑表示抽象的研发过程规则,通过模型检测器Spin完成验证工作,从而实现了对流程正确性的判断。
关键词:研发流程;任务单元模型;模型检测;线性时序逻辑
引言
电子产品的研发是复杂的系统工程[1-2],其过程涉及大量的开发任务,需要众多学科的设计人员进行协同工作。要达到研发目标,先进的研发方法、研发工具、研发流程支持必不可少,有效的资源配置、质量保证等管理支持也不可或缺。因此,具备良好研发流程管理的集成研发平台[3],为复杂产品研发成功提供了有效的保障。在平台实施过程中,针对众多产品型号需设计大量的研发流程,同时由于复杂的业务规则,每个流程具有多任务节点、多任务路径、多流转规则等特点。采用人工测试的方法无法进行有效的测试,存在工作量大,测试效率低,覆盖流程全路径难等缺点。因此,如何保证研发流程的正确性、合理性,建立自动化的研发流程模型验证方法,成为当下关注的热点和难点,也将作为本文研究的重点。
本文通过对复杂产品研制过程工作分解、模型验证等技术研究,提出了基于任务单元模型的研发流程验证方法。首先将研发过程分解为多个具有交互关系的任务单元,并将其转化为Promela(Protocol/ProcessMetaLanguage,协议/过程元语言)语言描述。其次将需求规则以线性时序逻辑抽象表示。最后通过模型检测工具进行验证,判断模型是否符合需求规则,为准确实现研发流程提供了保证。
1任务单元模型
通过将项目管理与流程管理融合为一体,建立高效的任务流程一体化管理系统,为高效的研发项目管理提供了有效的信息化支持。其中,依据研发过程中技术要求和人员分工等信息可将研发流程分解为多个任务单元,并建立相应的模型。任务单元模型包括输入/输出表、任务属性(基本属性、时间属性、动态属性、扩展属性)、前/后序任务项索引、任务约束以及任务负责人员信息,是建立项目流程紧密集成的基础。
任务单元模型由任务单元和任务单元之间关系两个主要对象组成,用XML表示,可通过接口程序转化为工作流描述,提供给流程引擎执行。任务单元定义为<TaskNode>,其包括ID(编号)、Name(名称)、Decs(描述)等属性,以及输入<Input>、输出<Output>、应用规范<Rule>、应用知识<Knowledge>、负责人<Owner>、等子对象。任务单元之间关系定义为<TaskRoute>,其属性包括ID(编号)、Name(名称)、前驱任务编号<FromID>、后继任务编号<ToID>,以及路径条件判断条件<Condition>等子对象。
2研发流程验证
2.1验证技术与验证方法

模型检测[4-6]是一种针对系统属性验证的形式化方法,主要通过隐式的不动点计算或显式的状态空间搜索来验证有穷状态并发系统的命题/模态性质。模型检测的优点是:能够自动化地完成检测过程;当判断某性质不被满足时能够提供反例,以便定位设计错误;凭借时态逻辑强大的描述能力,模型检测能够对各类复杂的时序性质进行验证。模型检测已被应用于计算机硬件、通信协议、控制系统、安全认证协议等方面的分析与验证中,取得了令人瞩目的成功,并且从学术界推广到了工业界。
Spin[7](Simple Promela Interpreter)是贝尔实验室开发的基于线性时序逻辑[8](Linear Temporal Logic,LTL)的模型检测工具,它以Promela语言描述的系统模型与待验证的性质为输入,在找出语法错误的基础上,模拟系统的交互执行,直到确认出现预期行为终止。如果执行过程中发现任何违背正确性说明的反例,可通过产生的跟踪文件给出错误路径。
Promela语言是Argos语言的一个扩展,它是一种用于描述通信协议或分布式系统的抽象语言。一个Promela程序由一组相互之间进行通信的进程组成,每一个进程是一个扩展的有限状态机。这种语言只支持简单的数据类型,如各种范围的整型、记录类型。通过将任务单元模型的XML对象与Promela语言对象相互对应,可将研发流程转化为Promela描述。
LTL是反应式或并发程序动态语义的一种形式化描述语言,它建立在命题集上,可以准确地描述模型的性质,表达流程的执行过程,从而实现对研发流程各任务单元之间关系的验证。2.2验证过程
研发流程验证过程如图1所示,具体步骤如下:
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