Capella (Ingenieurwesen)

Benutzeroberfläche

Wenn ein Capella-Projekt erstellt wird, wird dem Benutzer die grafische Capella-Arbeitsoberfläche (Workbench-GUI) präsentiert. Es enthält verschiedene Bereiche:

• Der Bereich Methodischer Browser zeigt dem Benutzer gemäß den Konzepten der Arcadia-Methode die verschiedenen Konstruktionsphasen für die Architekturmodellierung; ebenso die Verknüpfungen zur Erstellung neuer Diagramme innerhalb der gegebenen Konstruktionsphase. Diese Ansicht erleichtert auch den Übergang zwischen Engineering-Phasen, um Verbindungen zwischen Phasen und zugehörigen Elementen herzustellen.
• Der Bereich Semantischer Browser bietet Werkzeuge zum Navigieren im Modell: Für jedes ausgewählte Element im Bereich „Projekt“ oder in einem Diagramm präsentiert dieser Bereich alle Referenzen für dieses Element, d. h. seine Kapazität oder Referenzbeziehungen und alle Diagramme, an denen das Element beteiligt ist.
• Der Bereich Projekt stellt die Baumstruktur des Capella-Modells dar und enthält alle vom Benutzer erstellten semantischen Elemente und Diagramme.
• Der Diagramm-Bereich stellt eine grafische Ansicht eines Auszugs des Modells dar und erlaubt dem Benutzer, das Modell zu bearbeiten. Der Benutzer kann Elemente erstellen, ändern oder löschen und auch die Organisation oder das Aussehen von Elementen im Diagramm ändern.
• Der Bereich Eigenschaften zeigt alle Eigenschaften eines ausgewählten Elements im Modell oder in einem Diagramm an.

Funktionseigenschaften

Capella unterstützt und automatisiert gemäß dem Systems Engineering Book of Knowledge (SEBoK)^[7] des Internationalen Rates für Systems Engineering (INCOSE)^[8] und den Empfehlungen der deutschen INCOSE Sektion folgende Schritte im modellbasierten System-Entwicklungsprozess:

• Import und Synchronisierung von Anforderungen aus Requirements Management Werkzeugen wie Rational DOORS, Rational RequisitePro, Borland Caliber oder auch aus Office Dokumenten
• Erstellung von grafischen Modellen und Diagrammen unter Verwendung von standardisierten Notationen (UML, SysML, TOGAF, DoDAF, MODAF, UPDM) oder einer eigenen domänenspezifischen Sprache (DSL)
• Verknüpfung von Modellelementen mit (operativen) Anforderungen für Rückverfolgbarkeit und für Auswirkungsanalyse
• Modellierung von funktionalen Ketten^[9] in der Architektur
• Grafische Validierung des Verhaltens auf Basis von Sequenzdiagrammen und Zustandsautomaten durch funktionale Szenarios
• Reverse Engineering und grafisches Refactoring für bestehende HW- und SW-Systembausteine durch deren Nach-Modellierung^[10]
• Verknüpfung mit Werkzeugen zur Generierung von Simulationscodes, z. B. „Capella-MBSE-Connector“ zu „AnSys ModelCenter“^[11]
• Optionale Testarchitektur- und Testfallerstellung sowie Verknüpfung mit Werkzeugen für die automatische Testdurchführung
• Optionale Anbindung an Test- und Qualitätsmanagement-Werkzeuge, um ein externes Testmanagement zu ermöglichen^[12]
• Anbindung an Produkt-Lebenszyklus-Management-Werkzeuge für das Versionierungs- und Change-Management wie die von Siemens Digital Industries Software^[13], Dassault Systèmes oder PTC
• Eigenes modellbasiertes diff-Merge Werkzeug mit Merge Funktion zur Einbindung in Versionierungswerkzeuge
• Teamkollaboration mit dem Add-on „Team-for-Capella“^[14]
• Template-gesteuerte Reportgenerierung mit „Publication-for-Capella“^[15]
• Python-basierte Datenextraktion mit py-capellambse^[16] oder „Python4Capella“

Operationelle Anforderungen und Fähigkeiten

Fähigkeitsdiagramme stehen in allen Arcadia-Entwicklungsphasen zur Verfügung und eignen sich besonders für die operationelle Analyse und der Systembedarfsanalyse. Sie sind vergleichbar mit UML-Anwendungsfalldiagrammen und werden durch Datenflüsse, Funktionsketten und Sequenzdiagramme dargestellt.

Operationelle Architektur

Diagramme der operativen Architektur werden in der operationellen Analyse verwendet. Diese erfasst die Zuordnung von operativen Aktivitäten zu operativen Entitäten. Operative Prozesse können als hervorgehobene Pfade dargestellt werden.

Architekturdiagramme

Architekturdiagramme werden in allen Entwicklungsphasen von Arcadia verwendet. Ihr Hauptziel ist es, die Zuordnung von Funktionen zu Komponenten darzustellen. Funktionsketten können als hervorgehobene Pfade dargestellt werden. In der Systembedarfsanalyse enthalten diese Diagramme ein Feld, das das zu untersuchende System plus die Akteure darstellt.

Sequenzdiagramme und funktionale Szenarien

Capella bietet mehrere Arten von Sequenzdiagrammen mit vertikalen Sequenzlinien: Funktionsszenarien (Sequenzlinien sind Funktionen), Austauschszenarien (Sequenzlinien sind Komponenten/Akteure, während Sequenznachrichten Funktions- oder Komponentenaustausche sind), Schnittstellenszenarien (Sequenzlinien sind Komponenten/Akteure, während Sequenznachrichten Schnittstellenoperationen sind). Modi, Zustände und Funktionen können ebenfalls in diesen Diagrammen dargestellt werden.

Modi und Zustände

Modi und Zustandsdiagramme sind UML-inspirierte Zustandsautomaten. Modi/Zustände/Übergänge können mit Funktionen, Funktionsaustausch, Schnittstellenoperationen usw. verbunden sein.

Klassendiagramm

Capella bietet Mechanismen, um bitgenaue Datenstrukturen zu modellieren und sie mit funktionalem Informationsaustausch, Komponenten oder funktionalen Schnittstellen usw. zu verbinden.

Beispiele

• 
  Operationelle Fähigkeiten
• 
  Operationelle Architektur
• 
  Logische Architektur
• 
  Physische Architektur
• 
  Funktionales Szenario
• 
  Klassendiagramm

Open Source Erweiterungen

Verschiedene Open Source Erweiterungen umfassen die Fähigkeit, neue Informationen speziell für einen bestimmten technischen Bedarf mit den zugehörigen Erweiterungen zu verwalten. Dazu gehören

• ein Mechanismus für Systemübergänge zu Subsystemen (System-to-Subsystem Transition – Erweiterung)
• Iterativer Import von Anforderungen aus einer ReqIF-Datei (Requirement Interchange Format / OMG Standard) und Werkzeuge, um Modellelemente mit Anforderungen zu verknüpfen.
• Generieren von MS-Word Dokumenten aus Capella Modellen mit der M2Doc-Erweiterung. M2Doc verwendet wysiwyg und anpassbare Word-Vorlagen, um Daten und Diagramme aus Modellen zu extrahieren und sie in einer docx-Datei anzuzeigen.
• Management nichtfunktionaler Eigenschaften wie Zeitbeschränkungen für die Leistungsanalyse
• Management von Systemkomponenten mit Beschränkungen in Bezug auf Sicherheit
• Spezifische Berücksichtigung von Cyber-Sicherheitsbedarfen (DARC-Erweiterung)
• Berücksichtigung von Kosten für die Kostenanalyse (Basic Price Viewpoint-Erweiterung)
• Berücksichtigung von Parametern wie Masse und weiteren Nutzer-spezifischen Parametern (PVMT-Erweiterung)
• Die Fähigkeit, den technischen Ansatz mit verschiedenen architektonischen Stilen zu spezifizieren

Kommerzielle Erweiterungen

Verschiedene kommerzielle Erweiterungen sind gegen Lizenzgebühren von den jeweiligen Herstellern erhältlich:

• Ansys ModelCenter – Capella MBSE Connector ermöglicht es Capella-Benutzern, ihre Modelle im Ansys ModelCenter zu integrieren. Diese Integration ermöglicht es ihnen, ein beliebiges technisches Analysewerkzeug (Tabellenkalkulationen, Skripte, jedes COTS-Simulationstool) zu verwenden, um die Erfüllung von Anforderungen zu überprüfen.
• Publication for Capella bietet eine Integration zwischen Capella und OSLC-konformen Repositories (Polarion, Doors Next, Jazz Platform, …). Es ermöglicht die Verwaltung von Anforderungen, Aufgaben, Tickets, Testfällen und weiteren Elementen im Softwareentwicklungsprozess.
• SysML Bridge for Capella transformiert Capella-Modelle in SysML (und umgekehrt) nach Regeln, die an ihren Kontext angepasst werden können.^[19]
• System Modeling Workbench (SMW) for Teamcenter ist eine Integration mit Teamcenter, einer Produktlebenszyklus-Software von Siemens. Die Erweiterung ermöglicht die Verknüpfung von Systemmodellen mit Anforderungen in einer produktintegrierten und interdisziplinären Umgebung bis in die Fertigung und Montage. Dies schafft den interdisziplinären digitalen Zwilling, der es System-Entwicklern ermöglicht, die Auswirkungen ihrer Entscheidungen so früh wie möglich zu erkennen.
• Team for Capella ermöglicht Benutzern die Zusammenarbeit an gemeinsam genutzten Modellen und Darstellungen. Die Modelle und ihre Darstellungen werden auf einem gemeinsam genutzten Server gespeichert.

Capella Labs Erweiterungen

Labs-for-Capella zielt darauf ab, dem Eclipse-basierten Capella-Ökosystem einen Kreativitäts- und Innovationsraum zu bieten für die Entwicklung von Capella-Erweiterungen und zugehörigen Prototypen.

• Nutzung von Python für die Datenextraktion mit der „Python4Capella“-Erweiterung. Diese Fähigkeiten mit Python sind besonders für die KI-gestützte Erzeugung von Capella-Systemmodellen von Bedeutung, da Python mit Capella bidirektional zusammenarbeitet. Hierdurch können z. B. KI-basierte Chatbots wie ChatGPT bei der Modellkonstruktion unterstützen.
• Das "Bridge-Capella-EA" Addon bietet eine Brücke, um Capella-Modelle in UML-Modelle von Enterprise Architect umzuwandeln.
• "DSM4Capella" ermöglicht es, eine logische Architektur zu erhalten durch Anwendung der Design Structure Matrix. Diese Erweiterung wird verwendet, um Schnittstellen systematisch zu identifizieren, zu entwerfen und zu analysieren.

Vorteile von Capella

1. Offene Architektur: Capella erlaubt es, eigene Erweiterungen zu entwickeln.
2. Kosten: Capella ist eine Open-Source-Software und somit kostenlos erhältlich.
3. Flexibilität: Capella unterstützt verschiedene Modellierungsdiagramme und -techniken sowie die Definition eigener Modellierungssprachen.
4. Integration: Capella kann in andere MBSE-Werkzeuge integriert werden, um eine nahtlose Zusammenarbeit im gesamten Systemlebenszyklus zu ermöglichen.
5. Community-Support: Capella verfügt über eine aktive Community, die Benutzern Unterstützung und Ressourcen zur Verfügung stellt.

Nachteile von Capella

1. Funktionen: Im Vergleich zu kommerziellen MBSE Systemen bietet Capella eingeschränkte Funktionen. Ziel ist es jedoch, diesen Abstand schrittweise zu verringern.
2. Schulung und Support: Da Capella eine Open-Source-Software ist, kann der Schulungsaufwand höher und der Support eingeschränkter sein als bei kommerziellen Lösungen. Dies kann bedeuten, dass es etwas länger dauert, Probleme zu beheben.

Open Source

• Papyrus 4 SysML
• TOPCASED
• Modelio SysML-Designer

Proprietär

• Rational Rhapsody von IBM
• Enterprise Architect von Sparx Systems
• Innovator von MID
• Visual Paradigm
• PTC Windchill Modeler