随着科学技术的进步,系统实现的功能越来越多,系统的规模变大,复杂性也有所提高。根据美国权威组织Standish Group在2015年的报告中得出的结论,规模越大的项目越容易失败。特别是在工业4.0理念深入人心的时候,信息物理融合系统(CPS)作为工业制造的主要技术,成为了学者和专家的研究目标之一。由于信息物理融合系统中使用到大量的硬件,所以它的开发成本相当昂贵;同时,信息物理融合系统的质量与人们的生活质量、生命和财产安全等相关。而在过去的研究中得知,需求是项目成败的最关键的因素。需求建模是为了系统开发人员从获取到的需求信息中能够在语义上正确地理解其含义,让客户可以正确表达和判断自己的表达的需求信息是否符合自己真实的想法。学术界和企业都比较关注需求建模方法,在多个需求建模方法中,问题框架方法也受了一些大学和学者们的青睐。问题框架方法作为面向问题的需求工程方法,在众多人的不断研究和探索下,在系统开发的过程中越来越发挥了重要作用。问题框架方法描述用户需求,有很多方向值得研究和进一步的探究。问题框架方法由Jackson在20世纪90年代提出来的。该方法充分考虑软件的运行环境,也即问题所在的现实世界。本文先是基于问题框架方法开展了两点研究。一是利用问题图转化成通信顺序进程(CSP)脚本去验证需求满足性。二是制定对象约束语言(OCL)约束附加到建模环境中,以此实现模型的完整性、正确性校检。问题框架是半形化方法,它难对复杂系统模型进行严格的语义分析和正确性验证。问题框架又是一个严谨的建模语言,它规定了相应的完整性和正确性约束。然后,本文借鉴前人的思想,在需求分析阶段引入测试相关工作。在需求分析阶段,如果把测试工作也加入其中,可以使需求更加详尽。在大型的CPS系统的中,物理组件的故障,计算组件的故障,计算组件与物理组件的交互故障等都有可能导致软件的毁坏,甚至是安全事故。而如何短时间有效排除故障,且精准的分析故障原因,这些都需要用到系统仿真建模。因此本文使用问题框架建模方法描述需求,并根据因果关系链为系统生成测试线索和设计一组符合CPS系统的测试用例。最后,本文实现一款软件,该软件将本文研究内容一一实现。同时,软件实现了多个角色用户和多个需求分析师之间的协同建模。一款好的建模软件应该实现多人协同,供三种以上不同角色的人同时使用,这样有利于需求分析的迭代和指导软件开发,以及对测试工作的帮助。