CN106874562A - 一种将架构模型转换为静态计算模型的转换系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将架构模型转换为静态计算模型的转换系统及其方法，该转换系统由用户界面模块、模型构建模块、论证类型选择模块、模型映射模块、模型接口替换模块、行为方程注入模块以及静态计算模型库组成。该转换方法通过搭建架构模型、搭建静态计算模型、选择系统论证类型、替换模型接口、注入行为方程、驱动模型仿真等步骤实现由架构模型到静态计算模型的转换。利用本发明的转换系统和转换方法，用户可以快速建立具有复杂功能的模型，提高建模效率，本发明可以保持模型的一致性，提高模型的体系性和扩展性，本发明使得模型更易于维护，适应了基于模型的系统工程的未来发展趋势。

Description

一种将架构模型转换为静态计算模型的转换系统及其方法

技术领域

本发明属于计算机仿真建模领域，具体涉及一种将架构模型转换为静态计算模型的转换系统及其方法。

背景技术

计算机仿真与建模一直是系统工程的重要组成部分，随着系统建模技术的不断推广，MBSE流程被广泛应用到各种运行系统中，这就对模型的架构设计提出了更高的要求，人们更加注重模型在结构上的合理，在功能上的可拓展性，以及在系统工程中的一致性和体系性。

在基于模型的系统工程中，一般会经历设计选择、性能研究、成本验证、可靠性分析等多个不同阶段。在此过程中，虽然系统的拓扑结构完全一致，但是需要论证的内容却都不同，即要求在保证模型拓扑结构不变的基础上，针对每个阶段的任务设计出具有不同内在行为的模型，例如静态计算模型、成本验证模型和动态仿真模型等。在系统论证的不同模块，设计人员使用对应的模型来完成模块任务，当进行到静态计算时，设计人员将模型更换成静态计算模型。

以往的建模方法是针对一个系统，设计人员先确定系统模型的拓扑结构，然后搭建多个模型来满足不同系统阶段的需求。例如需要搭建一个独立的静态计算模型，并且要保证它的拓扑结构与其他模型一致，这就导致建模效率低、容易出错、模型体系性较差、以及不易于拓展和维护的问题。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种将架构模型转换为静态计算模型的转换系统及其方法，以便于模型的维护并提高建模效率。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种将架构模型转换为静态计算模型的转换系统，由用户界面模块、模型构建模块、论证类型选择模块、模型映射模块、模型接口替换模块、行为方程注入模块以及静态计算模型库组成；

所述用户界面模块，负责处理所述转换系统与用户的交互，包括可视化建模和计算结果的查看等；

所述模型构建模块，负责利用MWorks仿真平台以及Modelica语言来搭建架构模型和所述静态计算模型库；

Modelica是一种开放的全新多领域统一建模语言，它归纳和统一了先前多种建模语言，且融合了键合图的非因果建模思想、Java语言的面向对象技术和Matlab的数值与矩阵机制，因而具备极其强大的建模功能；Modelica语言采用陈述式、基于方程的非因果建模方法建立模型，通过定义接口，使模型接口的标准化，因此采用Modelica语言建模可以使物理系统各子系统之间既能完全独立又可互相统一；

MWorks是新一代多领域工程系统建模、仿真、分析与优化通用CAE平台，基于Modelica语言，提供了从可视化建模、仿真计算到结果分析的完整功能，支持多学科多目标优化、硬件在环仿真以及与其他工具的联合仿真；

所述论证类型选择模块，负责触发所述转换系统从架构模型切换到静态计算模型；

所述模型映射模块，负责所述转换系统调用静态计算模型；

所述模型接口替换模块，负责模型映射过程中仿真执行接口的替换；

所述行为方程注入模块，负责将静态计算方程写入目标位置；

所述静态计算模型库，负责管理整个转换过程中的全部数据，包括输入参数和计算结果等。

一种将架构模型转换为静态计算模型的转换方法，包括如下步骤：

步骤0、所述转换系统通过所述模型构建模块，利用MWorks仿真平台以及Modelica语言，搭建出一套模型作为架构模型，该架构模型只需确定模型的拓扑结构即可，所述转换系统自动创建该架构模型的仿真执行接口；

步骤1、所述转换系统通过所述模型构建模块，在搭建好的架构模型下搭建出一套所述静态计算模型库作为子模型，所述静态计算模型库定义了静态计算所需的行为方程，所述转换系统自动创建所述静态计算模型库的静态计算接口；

步骤2、所述转换系统通过所述论证类型选择模块将架构模型切换为静态计算模型，用户可在所述用户界面模块中将架构模型里所有组件的论证类型切换到静态计算模式，所述转换系统监测到切换信号后，自动开启所述模型映射模块；

步骤3、所述转换系统通过所述模型映射模块，利用Modelica语言的可替换类型机制，自动调用所述静态计算模型库；在该过程中，所述模型接口替换模块自动将所述转换系统与架构模型间的仿真执行接口替换为静态计算接口；

步骤4、所述行为方程注入模块自动从所述静态计算模型库中提取静态计算方程，写入到静态计算接口中，从而完成模型映射；

步骤5、模型映射完成后，用户可通过所述用户界面模块驱动架构模型进行仿真求解，求解完成后所述转换系统产生静态计算结果；在该过程中，架构模型的拓扑结构保持不变，但具有了静态计算的行为，即完成了从架构模型转换到静态计算模型的转换；

步骤6、结束。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明设计了架构模型和子模型的体系结构，层次清晰，再结合MWorks仿真平台的可视化建模功能，使得用户利用本发明的转换系统和转换方法可以快速建立具有复杂功能的模型，提高建模效率。

2、本发明自始至终保持了模型的拓扑结构稳定不变，可以保持模型的一致性，提高模型的体系性。

3、用户可以通过本发明的模型构建模块，在架构模型下创建更多的子模型，来满足不同论证阶段的需求，扩展性高。

4、本发明强调一个主模型，在不同论证阶段将主模型切换到对应子模型的概念，因此本发明只需构建一套模型库，无需对多套模型库进行维护，使得模型更易于维护，适应了基于模型的系统工程的未来发展趋势

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明转换系统的结构框图；

图2为本发明转换方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参见图1所示，一种将架构模型转换为静态计算模型的转换系统，由用户界面模块1、模型构建模块2、论证类型选择模块3、模型映射模块4、模型接口替换模块5、行为方程注入模块6以及静态计算模型库7组成；

所述用户界面模块1，负责处理所述转换系统与用户的交互，包括可视化建模和计算结果的查看等；

所述模型构建模块2，负责利用MWorks仿真平台以及Modelica语言来搭建架构模型和所述静态计算模型库7；

Modelica是一种开放的全新多领域统一建模语言，它归纳和统一了先前多种建模语言，且融合了键合图的非因果建模思想、Java语言的面向对象技术和Matlab的数值与矩阵机制，因而具备极其强大的建模功能；Modelica语言采用陈述式、基于方程的非因果建模方法建立模型，通过定义接口，使模型接口的标准化，因此采用Modelica语言建模可以使物理系统各子系统之间既能完全独立又可互相统一；

MWorks是新一代多领域工程系统建模、仿真、分析与优化通用CAE平台，基于Modelica语言，提供了从可视化建模、仿真计算到结果分析的完整功能，支持多学科多目标优化、硬件在环仿真以及与其他工具的联合仿真；

所述论证类型选择模块3，负责触发所述转换系统从架构模型切换到静态计算模型；

所述模型映射模块4，负责所述转换系统调用静态计算模型；

所述模型接口替换模块5，负责模型映射过程中仿真执行接口的替换；

所述行为方程注入模块6，负责将静态计算方程写入目标位置；

所述静态计算模型库7，负责管理整个转换过程中的全部数据，包括输入参数和计算结果等。

参见图1和图2所示，一种将架构模型转换为静态计算模型的转换方法，包括如下步骤：

步骤0、所述转换系统通过所述模型构建模块2，利用MWorks仿真平台以及Modelica语言，搭建出一套模型作为架构模型，该架构模型只需确定模型的拓扑结构即可，所述转换系统自动创建该架构模型的仿真执行接口；

Modelica是一种开放的全新多领域统一建模语言，它归纳和统一了先前多种建模语言，且融合了键合图的非因果建模思想、Java语言的面向对象技术和Matlab的数值与矩阵机制，因而具备极其强大的建模功能；Modelica语言采用陈述式、基于方程的非因果建模方法建立模型，通过定义接口，使模型接口的标准化，因此采用Modelica语言建模可以使物理系统各子系统之间既能完全独立又可互相统一；

MWorks是新一代多领域工程系统建模、仿真、分析与优化通用CAE平台，基于Modelica语言，提供了从可视化建模、仿真计算到结果分析的完整功能，支持多学科多目标优化、硬件在环仿真以及与其他工具的联合仿真；

步骤1、所述转换系统通过所述模型构建模块2，在搭建好的架构模型下搭建出一套所述静态计算模型库7作为子模型，所述静态计算模型库7定义了静态计算所需的行为方程，所述转换系统自动创建所述静态计算模型库7的静态计算接口；

步骤2、所述转换系统通过所述论证类型选择模块3将架构模型切换为静态计算模型，用户可在所述用户界面模块1中将架构模型里所有组件的论证类型切换到静态计算模式，所述转换系统监测到切换信号后，自动开启所述模型映射模块4；

步骤3、所述转换系统通过所述模型映射模块4，利用Modelica语言的可替换类型机制，自动调用所述静态计算模型库7；在该过程中，所述模型接口替换模块5自动将所述转换系统与架构模型间的仿真执行接口替换为静态计算接口；

步骤4、所述行为方程注入模块6自动从所述静态计算模型库7中提取静态计算方程，写入到静态计算接口中，从而完成模型映射；

步骤/5、模型映射完成后，用户可通过所述用户界面模块1驱动架构模型进行仿真求解，求解完成后所述转换系统产生静态计算结果；在该过程中，架构模型的拓扑结构保持不变，但具有了静态计算的行为，即完成了从架构模型转换到静态计算模型的转换；

步骤6、结束。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种将架构模型转换为静态计算模型的转换系统，其特征在于：由用户界面模块（1）、模型构建模块（2）、论证类型选择模块（3）、模型映射模块（4）、模型接口替换模块（5）、行为方程注入模块（6）以及静态计算模型库（7）组成；

所述用户界面模块（1），负责处理所述转换系统与用户的交互，包括可视化建模和计算结果的查看；

所述模型构建模块（2），负责利用MWorks仿真平台以及Modelica语言来搭建架构模型和所述静态计算模型库（7）；

所述论证类型选择模块（3），负责触发所述转换系统从架构模型切换到静态计算模型；

所述模型映射模块（4），负责所述转换系统调用静态计算模型；

所述模型接口替换模块（5），负责模型映射过程中仿真执行接口的替换；

所述行为方程注入模块（6），负责将静态计算方程写入目标位置；

所述静态计算模型库（7），负责管理整个转换过程中的全部数据，包括输入参数和计算结果。

2.一种利用如权利要求1所述的转换系统的转换方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤0、所述转换系统通过所述模型构建模块（2），利用MWorks仿真平台以及Modelica语言，搭建出一套模型作为架构模型，该架构模型只需确定模型的拓扑结构即可，所述转换系统自动创建该架构模型的仿真执行接口；

步骤1、所述转换系统通过所述模型构建模块（2），在搭建好的架构模型下搭建出一套所述静态计算模型库（7）作为子模型，所述静态计算模型库（7）定义了静态计算所需的行为方程，所述转换系统自动创建所述静态计算模型库（7）的静态计算接口；

步骤2、所述转换系统通过所述论证类型选择模块（3）将架构模型切换为静态计算模型，用户可在所述用户界面模块（1）中将架构模型里所有组件的论证类型切换到静态计算模式，所述转换系统监测到切换信号后，自动开启所述模型映射模块（4）；

步骤3、所述转换系统通过所述模型映射模块（4），利用Modelica语言的可替换类型机制，自动调用所述静态计算模型库（7）；在该过程中，所述模型接口替换模块（5）自动将所述转换系统与架构模型间的仿真执行接口替换为静态计算接口；

步骤4、所述行为方程注入模块（6）自动从所述静态计算模型库（7）中提取静态计算方程，写入到静态计算接口中，从而完成模型映射；

步骤/5、模型映射完成后，用户可通过所述用户界面模块（1）驱动架构模型进行仿真求解，求解完成后所述转换系统产生静态计算结果；在该过程中，架构模型的拓扑结构保持不变，但具有了静态计算的行为，即完成了从架构模型转换到静态计算模型的转换；

步骤6、结束。