Systems Modeling Language

Grundidee und Einsatzbereich

Die Systems Modeling Language, kurz OMG SysML, ist eine grafische, standardisierte Modellierungssprache. Sie basiert auf UML 2 und wird im Systems Engineering eingesetzt, also bei der Planung, Beschreibung und Prüfung komplexer Systeme. SysML hilft dabei, Systeme nicht nur als Text oder technische Zeichnung zu beschreiben, sondern als zusammenhängendes Modell mit verschiedenen Sichten.

SysML ist für komplexe Systeme wichtig, weil viele Beteiligte unterschiedliche Fragen haben: Welche Anforderungen muss ein System erfüllen? Wie ist es aufgebaut? Wie verhält es sich? Welche Alternativen gibt es beim Design? Die Sprache soll Systemanforderungen modellieren und bereitstellen, Systeme analysieren und evaluieren sowie Systeminformationen zwischen unterschiedlichen Stakeholdern eindeutig kommunizieren.

Die Eignung von SysML zur Steuerung cyber-physischer Systeme wie Digitaler Zwillinge wird diskutiert. Cyber-physische Systeme verbinden technische oder physische Vorgänge mit Software und Daten; ein Digitaler Zwilling ist ein digitales Abbild eines realen Systems.

Diagramme als Sichten auf Modelle

Die in SysML definierten Diagramme bestehen aus einer Untermenge von Diagrammen, die aus UML 2 abgeleitet sind, ergänzt durch SysML-spezifische Diagramme. Es gibt Strukturdiagramme und Verhaltensdiagramme. Strukturdiagramme beschreiben vor allem Aufbau und Beziehungen eines Systems, Verhaltensdiagramme beschreiben Abläufe, Zustände oder Interaktionen. Das Anforderungsdiagramm hat als SysML-spezifischer Diagrammtyp eine besondere Einzelrolle.

Wichtig ist: Ein Diagramm ist nur eine Sicht auf das dahinterliegende Modell. Ein Modellelement kann in keinem, einem oder mehreren Diagrammen gezeigt werden. Ein Diagramm stellt fast immer nur einen Ausschnitt aus dem Modell dar. Verknüpfungen zwischen Modellelementen können angezeigt werden, müssen es aber nicht. Auch die Position eines Elements in einem Diagramm kann für Menschen hilfreich sein, hat aber für eine rechnergestützte Interpretation keine eigene Semantik.

Theoretisch kann ein gültiges SysML-Modell ohne ein einziges Diagramm auskommen. Für Menschen würde die Nachvollziehbarkeit dadurch aber stark sinken, weil Diagramme die Modellinhalte sichtbar und verständlich machen.

Wichtige Diagrammtypen

SysML verwendet mehrere Diagrammtypen. Einige sind Originaldiagramme aus UML 2, einige wurden verändert, und einige sind neue SysML-Diagramme.

Neue SysML-Diagramme sind das Anforderungsdiagramm, englisch Requirement Diagram, und das Zusicherungsdiagramm, englisch Parametric Diagram. Ein Anforderungsdiagramm dient dazu, Anforderungen an ein System darzustellen. Ein Zusicherungsdiagramm beschreibt Zusammenhänge, Bedingungen oder Einschränkungen, die für ein System gelten.

Modifizierte Diagramme sind das Aktivitätsdiagramm, englisch Activity Diagram, das Blockdefinitionsdiagramm, englisch Block Definition Diagram, und das interne Blockdiagramm, englisch Internal Block Diagram. Ein Aktivitätsdiagramm beschreibt Abläufe oder Aktivitäten. Ein Blockdefinitionsdiagramm zeigt Systembausteine und ihre Beziehungen. Ein internes Blockdiagramm zeigt die innere Struktur und Verbindungen innerhalb solcher Blöcke.

Als Originaldiagramme aus UML 2 nennt der Artikel das Sequenzdiagramm, englisch Sequence Diagram, das Zustandsdiagramm, englisch State Machine Diagram, das Anwendungsfalldiagramm, englisch Use Case Diagram, und das Paketdiagramm, englisch Package Diagram. Sequenzdiagramme zeigen Interaktionen in zeitlicher Reihenfolge, Zustandsdiagramme Zustände und Zustandswechsel, Anwendungsfalldiagramme typische Nutzungen eines Systems und Paketdiagramme die Gliederung von Modellelementen.

Entwicklung und Standardisierung

Die Entwicklung von SysML begann im Umfeld der Object Management Group (OMG) und des International Council on Systems Engineering (INCOSE). Im September 2001 wurde die „Systems Engineering Domain Special Interest Group“ gegründet. Ihr Ziel war es, eine standardisierte Erweiterung von UML 2 als Modellierungssprache für den Systementwurf zu entwickeln.

Im Mai 2003 bildete sich eine Arbeitsgruppe. Beteiligt waren unter anderem Toolhersteller wie PTC, IBM und NoMagic sowie Unternehmen wie Motorola, Lockheed Martin und oose Innovative Informatik GmbH. Aus der Wissenschaft nahm der Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung der TU Kaiserslautern regelmäßig an den Technical Meetings teil.

Am 6. Juli 2006 wurde SysML von der OMG als „Final Adopted Specification“ anerkannt. Am 1. September 2007 wurde OMG SysML Version 1.0 offiziell veröffentlicht.

Versionen

Die erste offizielle Version war SysML 1.0 vom 1. September 2007; sie war die initiale Veröffentlichung. Version 1.1 erschien am 2. November 2008, Version 1.2 am 1. Juni 2010.

Version 1.3 wurde am 1. Juni 2012 veröffentlicht. Größere Änderungen waren, dass Flow Ports und Flow Specification als deprecated, also veraltet, markiert wurden; außerdem kamen Proxy Port und Nested Ports hinzu.

Version 1.4 erschien am 3. Juni 2015. Sie brachte Element Groups und Angaben zu Units: ISO-80000 ist Teil des Anhangs der Spezifikation und in einer Model Library verfügbar. Version 1.5 vom 1. Mai 2017 ergänzte zusätzliche Compartments für den Anforderung-Stereotyp. Ein Stereotyp ist in UML und SysML eine Erweiterung eines Modellelements um eine bestimmte Bedeutung oder Rolle.

Version 1.6 erschien am 1. November 2019. Sie arbeitete Aktivitäten rund um „precise semantics“ ein, also präzisere Bedeutungen der Sprache; dies war ein Schritt in Richtung der parallel laufenden Entwicklung von SysML 2.0. Version 1.7 lag als Beta 1 im Dezember 2022 vor und präzisierte die Sprache weiter für die Kompatibilität mit der parallel laufenden Entwicklung von SysML 2.0. Version 2.0 wurde am 3. September 2025 veröffentlicht.

Werkzeuge

Für SysML gibt es Open-Source- und proprietäre Modellierungswerkzeuge. Open Source genannt werden Papyrus 4 SysML, TOPCASED, die Capella / Arcadia MBSE-Umgebung und Modelio SysML-Designer.

Zu den proprietären Werkzeugen gehören Cameo Systems Modeler von Dassault Systèmes, alternativ MagicDraw mit SysML-Plugin, Enterprise Architect von Sparx Systems mit SysML-Plugin, Innovator von MID, ObjectiF RM von microTOOL, PTC Integrity Modeler, früher ARTiSAN Studio, Rational Rhapsody von IBM Rational, ehemals I-Logix, das SysML-Toolkit von Embedded Plus als Add-In für IBM Rational, Altova UModel, eine Microsoft-Visio-Schablone und Visual Paradigm.

Diese Werkzeuge dienen dazu, SysML-Modelle und die dazugehörigen Diagramme zu erstellen, zu bearbeiten und für Kommunikation, Analyse, Design oder Tests nutzbar zu machen.