CN105005634A - 一种基于元模型的谱系化高速列车建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于元模型的高速列车建模方法，包括：建立高速列车需求库；对所述需求库中非需求进行分析，建立元模型；构架基于所述元模型的基础元模型，所述基础元模型与谱系化设计平台无关；在基础元模型的基础上，构建与谱系化设计平台相关的相关数据模型；在所述相关数据模型的基础上建立谱系化设计平台的综合数据模型；建立谱系化高速列车数据模型的设计链，通过设计链将整个谱系化模型联合起来，建立设计链元模型。将元模型用于高速列车的谱系化设计中，建立谱系化高速列车元模型数据模型，实现谱系化高速列车协同，动态设计。为此建立谱系化高速列车设计平台加快高速列车的开发，加快开发速度，提高开发速度，节约资源等。

Description

一种基于元模型的谱系化高速列车建模方法

技术领域

本发明涉及一种列车模型和建模方法，具体地说是一种基于元模型的谱系化高速列车的模型及建模方法。

背景技术

目前，高速列车已经成为我国的主要交通工具之一。我国已建成5000公里以上的高速铁路，“十二五”期间高铁的发展方向：以高速列车谱系化、智能化和节能降耗技术为核心，基本形成我国高速列车相关关键技术及重大装备体系。高速列车谱系化是指针对不同的需求，形成不同系列化的产品。如高速列车从速度等级看，现在有200、250、300、350公里时速，从载客上来看，现在主要是8辆和16辆编组的。目前，谱系化已经成为列车技术发展的核心之一，如何实现更细的谱系化程度，针对不同的需求，对产品进行配置，已经成为目前列车技术的研究重点之一。

由于高速列车是高度复杂的产品，高速列车在设计开发过程中设计到客户的需求多样性、产品结构模块复杂、制造工艺复杂，在开发过程中，设计的组件、零部件等数量庞大。在高速列车的设计过程中，涉及到分布式开发，使用不同的开发工具，协同开发异构模型和组份模块。在以前对高速列车的开发过程中，由于各部门之间由于开发是一种传统静态设计。设计部门相互独立，在设计中不能达到高效的兼容性。因此，对分布式的数据进行协同访问、读取、调用时，很难达到快速响应。

元建模理论是从80年代后期发展起来的，虽然起步晚，但发展速度很快。到目前为止，为了不同的目的，已经定义了很多元元模型和元模型，例如最早由EIA（电子工业协会）定义的CIDF（CASE Data Interchange Format）元元模型，OMG（对象管理组织）定义的MOF（Meta Object Facility）元元模型等。这些元元模型的建立都是以经典的四层元数据体系结构为基础的。元模型是关于模型的模型。这是特定领域的模型，定义概念并提供用于创建该领域中的模型的构建元素。

元模型在高速列车领域也有所应用，如中国专利文献CN102034004A中公开了一种基于元模型的高速铁路信号系统地理线路建模方法，通过建立基于参数方程的曲线坐标系簇和轨道区段模型，构建完整的高速铁路线路模型，并在地理线路模型上给出了小跨度和大跨度设备的表达方式，可与高速列车动力学模型及其他信号设备模型一起用于高速铁路运行控制系统的仿真测试和验证。该方案中以建立的元模型为基础，根据拓扑结构，建立后续线路的模拟路线，整个过程以元模型为基础。

上述技术方案是将元模型应用于线路规划和信号设计，并未用于高速列车的构建和设计。目前在列车设计过程中也会使用元模型，但是多数是基于元模型的数据建模，建立统一的数据结构，在后期开发中只单纯的用于数据调用和数据共享。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的高速列车设计过程中单独开发、兼容性差、影响整体相应速度的问题，从而提出一种基于元模型的高速列车模型及建模方法。

为解决上述技术问题，本发明的一种基于元模型的高速列车建模方法，包括：

建立高速列车需求库；

对所述需求库中非需求进行分析，建立元模型；

通过定义元模型属性规则、建立标准流程以及建立元模型属性数据库，构架基于所述元模型的基础元模型，所述基础元模型与谱系化设计平台无关；

在基础元模型的基础上，通过建立业务模型、联系模型和数据模型，构建与谱系化设计平台相关的相关数据模型；

在所述相关数据模型的基础上建立谱系化设计平台的综合数据模型；

建立谱系化高速列车数据模型的设计链，通过设计链将整个谱系化模型联合起来，在所述综合数据模型的基础上建立设计链元模型。

所述的高速列车建模方法，所述业务模型用来描述有关产品的事物或定义组织方面的信息；所述数据模型为对产品有关数据模型的属性和文件进行描述；所述联系模型联系数据模型和业务模型。

所述的高速列车建模方法，所述业务模型包括业务元模型，所述业务元模型是对功能、性能、结构相似的产品的业务功能的描述，包括组件类信息、模型类信息、文档类信息、工程图类信息、事务相关信息表、组件相关信息、模型相关信息、文档相关信息、工程图相关信息。

所述的高速列车建模方法，所述数据模型包括数据元模型，所述数据元模型包括主模型类元模型、主文档类元模型、主工程图类元模型、事物相关信息表类元模型、模型元模型、文档元模型、工程图元模型。

所述的高速列车建模方法，所述谱系化高速列车数据模型的设计链包括结构设计链、配置设计链、模型链、文档设计链、工程图设计链、事物信息设计链，其中：

所述结构设计链包括组件类设计链和组件设计链，所述结构类设计链描述组件类的结构组成状况，所述组件结构设计链描述组件定制产品的零部件之间的相互机构关系；

所述配置设计链描述组件类和组件之间的配置关系；

所述模型链描述谱系化高速列车的组件类模型、组件模型、各零部件模型相关的所有模型；

所述文档类设计链描述组件类模块和组件模块有关的所有文档信息；

所述工程图设计链包括组件类工程图设计链和组件工程图设计链；

所述事物信息设计链描述事物信息表和组件类信息、工程图类信息、文档类信息之间的关系。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，

在本发明提供一种基于元模型的高速列车建模方法，将元模型用于高速列车的谱系化设计中，建立谱系化高速列车元模型数据模型，实现谱系化高速列车协同，动态设计。为此建立谱系化高速列车设计平台加快高速列车的开发，加快开发速度，提高开发速度，节约资源等。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明实施例中谱系化列车建模层次分析图；

图2是本发明实施例中的谱系化高速列车元模型的建模流程；

图3是本发明实施例中的谱系化高速列车的基于元模型NPM模型图；

图4是本发明实施例中基于NPM模型的谱系化高速列车数据模型；

图5是本发明实施例中组件类和组件的结构关系；

图6是本发明实施例中组件类设计链的结构图；

图7是本发明实施例中组件类文档设计链；

图8是本发明实施例中谱系化列车局部数据模型图。

具体实施方式

在本发明的实施例中，提供了一种将元模型应用于谱系化列车配置中的方法。典型的元模型结构可以描述为：实例层、模型层、元模型层和元元模型层。每一层描述如下：

1.信息层（information layer）

信息是由我们希望描述的数据组成，这些数据通常是一些用户数据(user data)，主要职责是描述信息领域中的详细信息。

2.模型层（model layer）

模型层是由元数据组成，元数据是描述信息层的数据，元数据的集合被称作为模型。

模型层的主要职责是为描述信息层而定义的一种“抽象语言”(即没有具体语法或符号的语言)。信息层的数据，即用户数据，是模型层的一个实例。

3.元模型层（metamodel layer）

元模型层是由元一元数据组成，元一元数据定义了元数据的结构和语义，元一元数据的集合被称作为元模型。元模型层的主要职责是为了描述模型层而定义的一种“抽象语言”，是对模型层的进一步抽象。也就是说，模型层描述的内容通常要比元模型层描述的内容丰富、详细。一个模型是元模型的一个实例。数据词典中的元数据是对数据模型的描述[23]。

4.元元模型层（meta-metamodel layer）

元元模型层是由元元数据的结构和语义的描述组成，这层的主要职责是为了描述元模型而定义的一种“抽象语言”。元元模型的定义要比元模型更加抽象、简洁。一个元元模型可以定义多个元模型，而每个元模型也可以与多个元元模型相关联。通常所说的相关联的元模型和元元模型共享同一个设计原理和构造，这也不是绝对的准则。每一层都需要维护自己设计的完整性。一个元模型是元元模型的一个实例。

本实施例中提供一种基于元模型的高速列车建模方法，在谱系化高速列车的设计过程中首先建立元元模型，在元模型的基础上建立基于元模型的与平台无关的元模型RPM(relation platform metamodel)，在RPM模型的基础上建立与谱系化设计平台相关的数据模型NPM(no-relation platformmetamodel)，在NPM模型的基础上建立谱系化设计平台的综合数据模型SM（synthetical metamodel），在SM模型的基础上建立设计链元模型DCM（design chain metamodel）。以上模型关系见图1.

本实施所述的一种基于元模型的高速列车建模方法，主要包括以下步骤：

一、建立高速列车需求库。

首先是建立高完备、开放性的高速列车需求数据库。高速列车的设计将面临不同气候、不同地形、不同规模、不同文化，不同客户的各种功能、性能、结构等方面的需求。对于需求信息将要反应到后续的设计过程中。

二、对所述需求库中非需求进行分析，建立元模型。

首先对需求分析，建立与谱系化平台无关的元元模型，定义元模型的类别，属性特征及元模型之间的操作。

三、通过定义元模型属性规则、建立标准流程以及建立元模型属性数据库，构架基于所述元模型的基础元模型，所述基础元模型与谱系化设计平台无关。

基础元模型（RPM模型）数据库的建立规则为：

1)定义元模型属性规则，是元模型的属性定义有理论依据。

2)建立标准的元模型建立流程，可以提高建立元模型的效率和准确率。

3）建立元模型属性字典，可以快速方便的建立和更新元模型。

建立高速列车元模型的流程分为：模型数据分析阶段、元模型规则建立、元模型属性建立。如图2所示。

四、在基础元模型的基础上，通过建立业务模型、联系模型和数据模型，构建与谱系化设计平台相关的相关数据模型。

与谱系化设计平台相关的数据模型NPM(no-relation platformmetamodel)的建立中，NPM模型分为：业务模型、联系模型、数据模型。三者之间的关系如图3所示。业务模型用来描述有关产品的某事物或定义组织方面的信息。数据模型对与产品有关数据模型的属性和文件进行描述。联系模型联系数据模型和业务模型是两者构成一个整体。其中：

1、业务元模型：描述的是对功能、性能、结构相似的一类产品的业务功能进行具体描述。业务元模型主要有：

1）组件类信息PCI（part class information）描述与组件类有关的业务对象属性信息。

2）模型类信息MCI（modle class information）描述某类产品的相关三维模型的所有业务属性信息。

3）文档类信息DCI（document class information）描述高速列车某类零部件相关的所有文档信息。

4）工程图类信息GCI（draft class information）描述高速列车某类零部件相关的所有工程图的所有业务信息。

5）事务相关信息表AIT（affairs information table）描述高速列车某类零部件的与事物信息表的所有业务信息

6）组件相关的信息PI（part information）描述高速列车某零部件有关的所有业务信息。

7）模型相关信息MI（model information）描述高速列车某零部件的三维模型的所有相关业务信息。

8）文档相关信息DI（document information）描述高速列车某零部件的所有相关文档业务信息。

9）工程图相关信息GI（draft information）描述高速列车某零部件的所有相关的工程图业务信息。

2、数据元模型主要包括：

1）主模型类元模型（main model class metamodel）(MMCM)描述高速列车某类零部件有关的三维主模型的属性信息。一个MCI可以包含多个MMCM。

2）主文档类元模型（main document class metamodel）(MDCM)描述高速列车某类零部件有关的主文档的属性信息。一个DCI可以包含多个MDCM。

3）主工程图类元模型（main draft class metamodel）(MGCM)描述高速列车某类零部件有关的主工程图的属性信息。一个GCI可以包含多个MGCM.

4）事物相关信息表类元模型（affairs information table classmetamodel）(AITCM)描述高速列车某类零部件有关的事物信息表的属性信息。

5）模型元模型（model class metamodel）(MCM)描述高速列车某零部件有关的三维模型的属性信息。一个PI可以包含多个MCM

6）文档元模型（document class metamodel）（DCM）描述高速列车某零部件有关的主文档的属性信息。一个MI可以包含多个DCM

7）工程图元模型（draft class metamodel）(GCM)描述高速列车某零部件有关的主主工程图的属性信息。一个GI可以包含多个GCM

3、联系元模型主要包括：contain包含attach to隶属inherit继承case of实例assemble of装配

图4中给出了基于NPM模型的谱系化高速列车的数据模型。

五、在所述相关数据模型的基础上建立谱系化设计平台的综合数据模型。将列车配置相关的设计数据都建立上述模型，形成综合数据模型。

由图4的数据模型中通过设计链将业务模型和数据模型联系起来，在数据模型中建立的设计链将整个谱系化模型联合成一个整体，在后续的设计过程中设计链是整个设计过程的关键理论基础建立设计链元模型DCM包括：结构设计链、配置设计链、模型链、文档设计链、工程图设计链、事物信息设计链。

六、建立谱系化高速列车数据模型的设计链，通过设计链将整个谱系化模型联合起来，在所述综合数据模型的基础上建立设计链元模型。

谱系化高速列车数据模型的设计链如下所示：

1）结构设计链：包括组件类设计链和组件设计链。

组件类设计链(PCI—PCI)：描述的是组件类的结构组成状况。反应的是组成组件类的零部件类的相互结构关系及这些零件类的配置规则。在组件类结构设计链中，在组件类与其下属组件类或者子零件类的关系是n：m的关系，即一个组件类可以包括n个子部件类或子零件类，而某个子部件类或零件类可以同时属于m个组件类。

组件设计链（PI—PI）：组件结构设计链反应了组件定制产品的零部件之间的相互结构关系。组件与其下属的组件或子零部件简单关系同样是n：m的关系，即一个组件包括n个自组件或子零件，而某个子组件或零件同样属于m个部件。具体的结构关系如图5。

2）配置设计链：描述的是组件类和组件之间的配置关系，联系产品类和产品的纽带。

3）模型连：描述谱系化高速列车的组件类模型、组件模型、各零部件模型相关的所有模型。

组件类模型链：描述的是谱系化设计平台中组件类和组件、零部件有关的所有模型。包括组件类模型链和组件模型链。组件模型链：主要记录的是组件类有关的所有模型的模型数据文件。

组件类模型链为：PCI—ＭＣＩ—ＭＭＣＭ—模型类库

组件模型链：ＰＩ—ＭＩ－ＭＣＭ－模型库

图6中给出了组件类设计链的结构图。对于组件模型链同样根据图6的设计链建立类似的组件类设计模型链。

4）文档设计链：主要存在两种文档设计连，组件类文档设计链和组件设计链。文档设计链描述的是组件类模块和组件模块有关的所有文档信息。

组件类文档设计链如下图7。

组件类文档设计的具体形式为PCI―ＤＣＩ―ＭＤＣＭ―文档类库

根据上图同样可以建立组件文档设计链，其具体表现形式为：ＰＩ-ＤＩ-ＤＣＭ-文档库

5）工程图设计链：主要包括组件类工程图设计链和组件工程图设计链。工程图设计连描述的是谱系化高速列车组件类、组件和零部件相关的所有工程图信息。

组件类工程图设计链为:PCI—GCI—MGCM—工程图类库

组件工程图设计链为：PI—GI—GCM—工程图库

6）事物信息设计链：主要包括以下六条设计链

PCI—AIT—MCI；PCI—AIT—GCI；PCI—AIT—DCI

以上三条事物信息设计链描述的是事物信息表和组件类信息、工程图类信息、文档类信息之间的关系。

（AIT+MCI）—MI;(AIT+DCI)—DI(AIT+GCI)—GI

谱系化高速列车产品类数据模型是在生命周期内所有模型数据、过程数据和资源数据的结构化集成。在该数据模型中可以利用组件类信息可以将整个高速列车的有关文档和产品信息有机的联系在一起。组件类信息（PCI）、模型类信息（MCI）、文档类信息（DCI）、工程图类信息（GCI）、和事物信息表（AIT）相关联整合。图8是谱系化高速列车局部数据模型。

从上图得出，谱系化高速列车根据上图的结构关系和组份模块的组成，形成层次化的设计线路，将各组份模块可分解成多叉树结构。将所有的组件、子组件、零部件有机的联合成一个整体。

通过上述方法实现了基于元模型的高速列车建模方法，将元模型用于高速列车的谱系化设计中，建立谱系化高速列车元模型数据模型，实现谱系化高速列车协同，动态设计。为此建立谱系化高速列车设计平台加快高速列车的开发，加快开发速度，提高开发速度，节约资源等。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种基于元模型的谱系化高速列车建模方法，其特征在于，包括：

建立高速列车需求库；

对所述需求库中非需求进行分析，建立元模型；

通过定义元模型属性规则、建立标准流程以及建立元模型属性数据库，构架基于所述元模型的基础元模型，所述基础元模型与谱系化设计平台无关；

在基础元模型的基础上，通过建立业务模型、联系模型和数据模型，构建与谱系化设计平台相关的相关数据模型；

在所述相关数据模型的基础上建立谱系化设计平台的综合数据模型；

建立谱系化高速列车数据模型的设计链，通过设计链将整个谱系化模型联合起来，在所述综合数据模型的基础上建立设计链元模型。

2.根据权利要求1所述的谱系化高速列车建模方法，其特征在于：所述业务模型用来描述有关产品的事物或定义组织方面的信息；所述数据模型为对产品有关数据模型的属性和文件进行描述；所述联系模型联系数据模型和业务模型。

3.根据权利要求2所述的谱系化高速列车建模方法，其特征在于：所述业务模型包括业务元模型，所述业务元模型是对功能、性能、结构相似的产品的业务功能的描述，包括组件类信息、模型类信息、文档类信息、工程图类信息、事务相关信息表、组件相关信息、模型相关信息、文档相关信息、工程图相关信息。

4.根据权利要求2所述的谱系化高速列车建模方法，其特征在于：所述数据模型包括数据元模型，所述数据元模型包括主模型类元模型、主文档类元模型、主工程图类元模型、事物相关信息表类元模型、模型元模型、文档元模型、工程图元模型。

5.根据权利要求1或2所述的谱系化高速列车建模方法，其特征在于：所述谱系化高速列车数据模型的设计链包括结构设计链、配置设计链、模型链、文档设计链、工程图设计链、事物信息设计链，其中：

所述结构设计链包括组件类设计链和组件设计链，所述结构类设计链描述组件类的结构组成状况，所述组件结构设计链描述组件定制产品的零部件之间的相互机构关系；

所述配置设计链描述组件类和组件之间的配置关系；

所述模型链描述谱系化高速列车的组件类模型、组件模型、各零部件模型相关的所有模型；

所述文档类设计链描述组件类模块和组件模块有关的所有文档信息；

所述工程图设计链包括组件类工程图设计链和组件工程图设计链；

所述事物信息设计链描述事物信息表和组件类信息、工程图类信息、文档类信息之间的关系。