CN111712822B - 基于知识图自动生成、分析和探索系统的可组合系统的交互式框架 - Google Patents

Abstract

一种用于交互式系统的系统(500)和方法(400)，该交互式系统用于基于知识图自动生成、分析和探索系统的可组合系统。方法(400)包括：接收(405)场景(110)和领域本体(111)；根据领域本体确定(410)结构(132)、属性(133)和能力(131)；使用结构、属性和能力基于场景生成(415)设计替代方案(146)；基于场景对设计替代方案执行(430)评估(159)；基于评估生成(445)SoS设计(300)；并向用户显示SoS设计。

Description

基于知识图自动生成、分析和探索系统的可组合系统的交互 式框架

其他申请的交叉引用

本申请要求享有在2018年2月14日提交的美国临时专利申请62/630,340的申请日的权益，并且通过引用将其并入本文。

政府许可权声明

本发明是在美国国防部高级研究计划局(DARPA)授予的HR0011-16-C0097的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

总体上，本公开涉及用于自动化系统的操作和控制的系统和方法，尤其是包括用于基于知识图自动生成、分析和探索系统的可组合系统的交互式框架。

背景技术

许多现实世界中的问题，例如工厂中的任务计划、战况中的医疗计划、制造中的资源计划、工程系统的设计，都可以被看作是优化设计和配置系统的复杂系统(SoS)的工作，在其中可以利用和结合多个嵌套组件。在许多情况下，SoS组件在多个领域中表现出行为(例如，工程系统的电气、机械、热力学领域)，并且此类行为取决于单个元件的相互组合和连接的方式。

发明内容

公开的实施方式包括用于交互式框架的系统和方法，该交互式框架用于基于知识图自动生成、分析和探索系统的可组合系统。方法包括：接收场景和领域本体；根据领域本体确定结构、属性和能力；使用结构、属性和能力基于场景生成设计替代方案；基于场景对设计替代方案执行评估；并基于评估生成SoS设计。

在一些实施方式中，该方法包括识别SoS设计的一部分并触发对SoS设计的该部分的详细分析。在一些实施方式中，该方法包括识别潜在问题并向用户显示该潜在问题。在一些实施方式中，潜在问题包括控制系统的瓶颈和潜在的资源不足。在一些实施方式中，该方法进一步包括提出用于改变SoS设计以增加对计划外事件的弹性的建议。在一些实施方式中，该方法进一步包括在评估发生之前基于场景的需求过滤设计替代方案。在一些实施方式中，基于场景中提供的关键性能指标来评估设计替代方案。

前面已经相当广泛地概述了本公开的特征和技术优点，以便本领域技术人员可以更好地理解以下的详细描述。在下文中将描述形成权利要求主题的本公开的附加特征和优点。本领域技术人员将理解，他们可以容易地使用所公开的概念和特定实施方式作为修改或设计用于实现本公开的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还将认识到，这种等效构造不会脱离本公开最广泛形式的精神和范围。

在进行下面的具体实施方式之前，阐明在整个专利文献中使用的某些词语或短语的定义可能是有利的：术语“包含”和“包括”以及它们的派生词是指包括但不限于；术语“或”是包含性的，意味着和/或；短语“与...相关联”和“与之相关联”及其派生词可以指的是包括、包括在其中、与之互连、包含、包含在其中、连接至或与之相连、联接至或与之联接、与之沟通、与…合作、交织、并排、与之邻近、结合至或与之结合、具有、具有…的特性等；以及术语“控制器”是指控制至少一个操作的任何装置、系统或其一部分，无论该装置是以硬件、固件、软件还是至少其中两种的某种组合来实现。应当指出，与任何特定控制器相关联的功能可以为集中式或分布式，无论是本地还是远程的。在整个专利文献中提供了针对某些词语和短语的定义，并且本领域的普通技术人员将理解，这些定义在许多(如果不是大多数的话)实例中适用于这样定义的词语和短语的先前和将来使用。尽管某些术语可以包括各种各样的实施方式，但是所附权利要求可以明确地将这些术语限制为特定的实施方式。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述，其中，相同的附图标记表示相同的对象，并且其中：

图1A示出了根据所公开的实施方式的用于交互式框架的系统的示意图的示例，该交互式框架用于基于知识图自动生成、分析和探索系统的可组合系统；

图1B示出了根据所公开的实施方式的用于交互式框架的系统设计空间探索的过程的示意表示；

图1C示出了根据所公开的实施方式的应用系统的解算器为交互式框架选择性能良好设计的过程的示意表示；

图1D示出了根据所公开的实施方式的用于交互式框架的系统的权衡分析器的示例；

图1E示出了根据所公开的实施方式的用于交互式框架的系统的发现组件的示例；

图1F示出了根据所公开的实施方式的用于交互式框架的系统的洞察器组件的示例；

图2示出了根据所公开的实施方式的包括结构、属性和关系的类型图的示例；

图3示出了根据所公开的实施方式的包括继承、组成和能力的SoS的类型图的示例；

图4示出了根据所公开的实施方式的过程；以及

图5示出了可以在其中实现一个实施方式的数据处理系统的框图。

具体实施方式

下面讨论的附图以及用于描述本专利文献中的本公开的原理的各种实施方式仅是示例性的，并且不应以任何方式解释为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解，可以以任何适当布置的装置来实现本公开的原理。将参考示例性非限制性实施方式来描述本申请的众多创新性教导。

SoS的设计标准通常旨在识别性能最高的解决方案、最稳健的配置或适应不断变化的环境的灵活配置。然而，鉴于SoS和解决方案空间的复杂性，生成替代设计以及探索不同选项之间的权衡都是具有挑战性的任务。本说明书提出了一种用于自动生成SoS设计替代方案和对解决方案空间进行交互式引导探索的框架。

图1A示出了根据所公开的实施方式的用于交互式框架的系统100的示意图的示例，该交互式框架用于基于知识图自动生成、分析和探索系统的可组合系统。系统100从定义场景110的分析人员105和对领域本体111进行编码的领域专家106接收输入。系统100包括：用户界面115；提炼器(distiller)120；包括动态组成规则125、行为组成规则126、结构组成规则127、知识图130、能力131、结构132和属性133的SoS建模范例层125；探索器组件135、合成器140、设计空间145、编码器155、解算器155、权衡分析器165、发现器组件165、洞察器组件170和可视化器175。

图1B示出了根据所公开的实施方式的用于交互式框架的系统设计空间探索145的过程的示意表示的示例。图1C示出了根据所公开的实施方式的应用系统100的解算器155来为交互式框架选择性能良好的设计的过程的示意表示。图1D示出了根据所公开的实施方式的用于交互式框架的系统100的权衡分析器160的示例。图1E示出了根据公开的实施方式的用于交互式框架的系统100的发现组件165的示例。图1F示出了根据公开的实施方式的用于交互式框架的系统100的洞察器功能170的示例。图1A所示的系统100、图1B所示的设计空间145、图1C所示的解算器155、图1D所示的权衡分析器160、图1E所示的发现组件165以及图1F所示的洞察器功能170的实施方式仅用于说明。图1A-1F并不将本公开的范围限制为系统100、设计空间145、解算器155、权衡分析器、发现组件165的任何特定实现方式。

图1A示出了所提出的系统100的高级框图。在高级上，系统100在用户输入的情况下从图的左下角开始。设想了两种类型的用户，领域专家106，其对领域特定的元素和规则(“领域本体”111)进行编码，以及分析人员105，其创建特定的“方案”110，其定义在SoS中可用的实例以及分析的目标。这些输入通过图形用户界面115收集，然后传递到系统100的下一个元素。领域本体由“提炼器”组件120提炼为“知识图”130，该知识图能够存储SoS的可能元素(“结构”132)、其特性(“属性”133)以及一些属性的组合带来的潜在性(“能力”131)。知识图130还可以存储有关组成规则的信息，包括动态组成规则126、结构组成规则127和行为组成规则128的信息。需指出，系统100的某些元素尤其可以在调度工厂中的物理组件、在战况下进行医疗计划以及为制造组件和本文所述的其他硬件组件进行资源计划的任务中实现。

知识图130与来自分析人员105的场景信息110一起馈入“探索器”135。探索器135为系统100的组件，其可以在设计空间145中生成设计替代方案。各种技术对于探索器135的实现方式都是可能的，例如，使用可选的“合成器”组件140可以完全枚举满足领域本体和场景要求的设计替代方案146或获得其子集，该可选的“合成器”组件的目的是在实际评估发生之前，在设计选项生成时对其进行过滤。

可以通过“编码器”组件150将设计选项转换为“解算器”组件155能够针对用户指定的一组关键性能指标(KPI)进行评估的模型。解算器155包含多个实现方式。在某些实施方式中，在交互式解决方案探索阶段开始之前，解算器155可以评估可能的SoS设计或设计替代方案146。在其他实施方式中，仅所选的SoS设计可以与设计空间中此类设计选项附近的信息一起进行评估，并且当由分析人员105触发时可以执行进一步的设计评估。

系统100的最后组件可以被称为“交互式解决方案探索”。一旦计算出一组解决方案，“权衡分析器”组件160就可以允许用户直观地探索它们，可以可视化一个或多个KPI的最佳解决方案，可以识别提供最稳健选项的解决方案，可以选择SoS的一部分，并触发更详细的分析并扰动方案，以检查扰动对给定解决方案的影响。“发现器”组件165的目的是识别并向分析人员105显示潜在问题，例如瓶颈或潜在的资源不足。而且，发现组件165的多种实现选项是可能的，从扰动给定设计以识别潜在问题的蛮力方法，到对设计空间和在其上定义的约束的更聪明的探索。发现器组件165还可以通过相关性分析来识别问题的原因，并且可以将信息提供给“洞察器”组件170，该组件向用户建议使设计更具弹性的可能方式。交互式解决方案探索的所有组件都可以通过可视化器175在交互式图形用户界面中呈现给分析人员105。

系统100的第一部分建立在功能建模范例之上，该功能建模范例在属性133、结构132和能力131(基于能力的模型，CBM)方面表示SoS建模范例125。SoS建模范例125可以将功能(在本应用中称为能力131)与提供功能的结构分离。例如，避免对外科手术团队是可以提供治疗(能力131)的结构132这一事实进行明确编码，这允许探索具有其他结构132的组成的可能性，每个结构都具有重要的特性(下文被称为属性133)，结合在一起则可以进行治疗。

通过在能力131(例如，运输)与提供这些能力的结构131(例如，直升机、救护车)之间的接口处创建抽象层，即属性133(例如，运输技能)来实现探索其他可能性。这样，对SoS体系结构的探索就可以利用未对能力-结构映射进行编码(硬编码)而获得的灵活性。如果在SoS中发生中断，或者如果识别出性能更好的选项以提供相同的能力131，则可以将结构132动态映射到能力。

行为是能力131表现自身的方式。行为基于哪些属性133与能力131相结合。每个行为可以链接到多对一映射中的能力131。可以基于能力提供者的属性上的前提条件将多个行为与给定的能力131相关联(无论持有它们的实际结构是什么)。

该方法的通用性是建立在以下事实之上的：一旦从领域知识中提炼了适当的元素，任何问题场景都可以被自动表示和编码。

SoS建模范例层125可以实现SoS组件的动态合成126。从领域知识中提炼出组合规则，以形成用于构成系统的结构和行为方面的本体规则。这些规则定义了诸如属性和行为如何受组成所影响以及可能生成哪些新属性之类的事情，从而使单个结构无法支持的能力得以单独运行。

可以将CBM和动态合成126组件都编码为解算器155所需的适当表示，以对合成设计空间执行枚举和计算。CBM和动态合成126组件可以一起实现自动生成SoS体系结构(称为SoS网)，以突出显示系统100中元素与领域之间存在的相互关系。SoS网生成的过程为可组合SoS的生成式设计，其可负责将SoS元素连接上的功能要求和规则转换为一组可行的SoS网，可在性能评估(在适用时存在不确定性)和动态组成探索方面对该组可行的SoS网进行进一步分析，以确保计算的易处理性而不会失去发现的能力。

可组合SoS的基于能力的模型的关键值使无需进一步的人工干预即可探索大型设计交易空间；识别人类不会考虑的非直觉选项；通过功能合成(分解)发现期望的新颖效果；并针对不同的结构组成/分级选项进行推理。

CBM的基本组成部分为属性133、结构132和能力131。属性133为一组性质，这些性质定义了系统中一实体的特性，该特性在可能表现出该属性(例如，健康状态、承载能力、手术技能等)的特定实体的情境之外。结构132为一种物理实体，其暴露提供一个能力或一组能力(例如，医院、直升机、外科护理队)的属性。能力131为由系统中的结构提供的功能，该结构基于特性标准(例如，治疗、运输等)表现出特定行为。行为为连接到特定属性时能力的表现。

CBM实现结构132之间的继承。CBM可以通过由属性133提供的接口来约束系统100的能力131与结构132之间的可能连接。例如，仅提供手术技能的结构132被允许对需要手术技能的结构132执行治疗。然而，基于手术需求和手术技能的性质，治疗能力131表现出不同的行为，从而产生不同的手术结果。例如，在没有MRI机器的医院中，需要MRI辅助手术的损伤成功的概率很小。如果在编程代码块的输入属性上的输入前提条件为真，则与能力131相关联的不同行为可以被表示为激活的替代编程代码块。这允许基于系统的当前状态来动态地激活行为。

提炼器120表示将领域知识提炼为CBM形式主义的操作。为此，需要执行以下步骤。(1)系统元素组件的声明。此步骤包括基于领域知识按照定义的形式主义手动生成结构库，并基于存在于领域当前状态中的特定结构实例来初始化性质。(2)能力及其行为的定义。此步骤可以包括枚举领域中所有考虑的结构所表现出的特定于结构的能力，通过使用属性层将特定于结构的能力抽象为独立于结构的能力，以及基于前提条件为每个能力定义多个行为。(3)领域库元素的组成规则和组成结构规范的定义。

系统的用户输入可以由领域本体和方案定义组成，其中包含SoS中的可用结构实例以及关于请求的探索类型和相关度量的要求。通过图形用户界面收集输入，例如，该图形用户界面使用户可以轻松地将结构从领域库拖动到方案定义中，从而创建结构实例并编辑其性质。

然后将所有这些信息片段转变成特定于领域的标记语言，以发送至系统的其他组件。

图1C所示为应用解算器155的示例的过程的示意表示。解算器155可以执行评估159，设计替代方案146或设计替代方案146的一部分是否是可接受的156、不可接受的157或未确定的158。图1D示出了权衡分析器160的示例，其为SoS系统的一部分161提供了更多细节。图1E示出了发现组件165，其识别SoS系统的潜在问题166。需指出，解算器155、权衡分析器160和系统100的发现组件尤其可以在调度工厂中的物理组件、在战况下进行医疗计划以及为制造组件和本文所述的其他硬件组件进行资源计划的任务中实现。

图2示出了根据所公开的实施方式的类型图200、继承205、组成210和能力215的示例。图2所示的类型图200的实施方式仅用于说明。图2不将本公开的范围限于类型图的任何特定实现方式。

领域本体的目标是捕获问题范围所在的SoS的领域知识。领域本体由节点-边缘-节点的形式的三元组组成。本体中的节点205、215表示不同类别的实体，包括结构132、属性133和能力131。本体中的边缘为有向边缘，并表示两个节点205、215之间的关系210。双向关系210由双向边缘211表示(例如“等同于”)。关系210的示例包括但不限于具有名称、具有属性、具有值、是、有助于、由…组成等。

结构132为SoS提供领域知识的表示的基本单位。结构132S为称为“属性”133的一组性质的命名集合{A₁,A₂,…,A_N}，这些性质一起表示SoS中实体的配置。

结构132及其属性133构成了SoS本体的一部分，称为类型图200，是表示问题表述的形式化结构。类型图200为{V,E}的集合，其中V＝{V₁,V₂,…,V_N}为图中表示结构132或属性133的一组顶点或节点205、215，并且E＝{E₁,E₂,…,E_M}为两个节点之间的一组边缘，边缘定义了它们之间的语义连接。在这种情况下，具有属性133{A₁,A₂,...,A_N}的结构132S将根据图2中的图在类型图中进行语义表示。其中结构132由节点205表示，属性133由节点215表示。

SoS中的每个结构类型在类型图200中均表示为不同的节点。结构132可以通过单个具体结构或具体结构的组合来实现。可以将结构132本身组合为集合，以定义新的结构132，通常情况下，集合性质为所组合属性133的某种组合。

图3示出了根据所公开的实施方式的具有继承305、组成310和能力315的SoS 300的类型图的示例。图3所示的SoS 300的类型图的实施方式仅用于说明。图3不将本公开的范围限于类型图的任何特定实施方式。类型图200可以位于图1A和1B所示的设计空间145中，并存储在图5所示的存储装置526中。

在图3的图中，S₁ 305为结构，S₄ 320为结构S₂ 310和S₃ 315的组成(其中A₄ 340作为表示A₁ 325和A₂ 330的组成的集合性质)。

除了结构132和属性133之外，SoS 300的类型图还可以存储能力131。一个或多个属性133可以有助于提供能力345，并且该关系350在SoS 300的类型图中被称为“有助于”。根据系统100中使用的解算器155，可以结合SoS中实例化结构的知识直接使用能力131，以生成SoS设计，或者可以对其进行处理并通过分析与系统中实例化结构兼容的前提条件和后置条件(自动地)转换为一组约束。

图4示出了根据所公开的实施方式的过程400，该过程可以由控制系统诸如系统500或本文所描述的其他元件执行。

过程400提供用于几乎无限制的应用的复杂系统设计生成、评估和探索的操作。过程400提供可重用的领域特定本体的编码，该领域特定本体可被用于生成针对不同目标和不同场景的设计。过程400使用探索器135和合成器140组件提供设计选项的自动生成，从而减少了人为干预，并从而加快了过程。该过程进一步提供了探索权衡和潜在问题并建议用户如何改进设计的可能性。该过程还提供领域本体，以允许结构和能力的组合来自动探索重要的设计选项。

系统500接收场景和领域本体(405)。在用户界面中，场景110可以由分析人员105输入，以及领域本体111可以由域专家106输入。领域本体111可以包括领域特定元素和规则。场景110可以定义在SoS中可用的实例以及目标或关键性能指标。

系统500可以根据领域本体确定结构、属性和能力(410)。提炼器120可以将结构132、属性133和能力131提取到知识图中，该知识图存储这些元素。结构132为一种物理实体，其暴露提供一个能力或一组能力的属性。结构132的示例可以包括但不限于医院、直升机、外科护理队等。属性133为一组性质，这些性质定义了系统中实体的特性，该特性在可能表现出该属性的特定实体的情境之外。属性133的示例可以包括但不限于健康状态、承载能力、手术技能等。能力131为由系统中的结构提供的功能，该结构基于特定标准表现出特定行为。能力的示例可以包括但不限于治疗、运输等。

系统500可以使用结构、属性和能力基于场景来生成设计替代方案(415)。探索器135可以在设计空间145中生成设计替代方案146。设计替代方案146为通过关系211连接的结构132、能力131和属性133的组合。关系211可以为单向的或双向的。关系211的示例包括但不限于由…组成、具有属性、有助于、继承等。

在某些实施方式中，合成器140可以查看满足领域本体和场景要求的设计替代方案。合成器可以将替代设计精简为替代设计的子集。子集为在解算器155评估之前一些过滤的替代设计。

系统500可以对设计替代方案进行编码(420)。编码器150可以将设计替代方案146转换为解算器155可读的形式。

系统500基于关键性能指标来评估设计替代方案146(425)。关键性能指标为与SoS系统中节点的或替代设计的或节点之间的关系的成功有关的性能度量。解算器155可以以能够在交互式解决方案探索阶段中利用它们的方式来评估设计替代方案146，该交互式解决方案探索阶段包括操作425-440。在某些实施方式中，可以选择SoS设计作为推荐的或标准的形式。

系统500可以对由评估确定的SoS设计进行权衡分析(430)。权衡分析器160可以呈现推荐的或标准的形式的SoS设计。权衡分析器160可以使用户可视化一个或多个KPI的最佳解决方案，可以识别提供最稳健选项的解决方案，可以选择SoS设计的一部分，并针对SoS设计的该部分触发更详细的分析并扰动场景以检查扰动对给定解决方案的效果。

系统500可以发现SoS设计的潜在问题(435)。发现器组件165可以识别潜在问题并将潜在问题显示给用户。潜在问题的示例可以包括但不限于瓶颈或潜在的资源不足。生产的瓶颈是由于等待一个先前的系统完成一个过程而没有使用系统的方面。潜在的资源不足影响系统，因为它们无法生产需要不足资源的最终产品或过程，从而可能进一步影响需要最终产品或过程的其他系统。

系统500可以确定增加SoS设计的弹性的建议(440)。洞察器可以分析不同的节点和关系，以确定其他结构元素是否可以提高产品或过程的弹性。

系统500可以生成SoS设计(445)。系统500可以基于解算器155自动生成SoS设计。系统500可以基于交互式解决方案探索阶段来创建对所生成的SoS设计的修订。可以将生成的SoS设计显示给用户，以通过界面进行进一步的交互。可以在工业过程和控制系统中实施生成的SoS设计。可以将生成的SoS设计打包并发送给外部用户。

图5示出了数据处理系统的框图，在该数据处理系统中可以将实施方式实现为例如控制系统或其他系统，以控制本文所描述的过程，特别是由软件配置或以其他方式执行本文所描述的过程，以及尤其是实现为本文所描述的多个互连和通信系统中的每一个。所描绘的数据处理系统包括连接到二级高速缓存/桥504的处理器502，该二级高速缓存/桥504依次连接到本地系统总线506。本地系统总线506可以为例如外围组件互连(PCI)架构总线。在所示的示例中，还连接到本地系统总线的是主存储器508和图形适配器510。图形适配器510可以连接到显示器511。

其他外围装置诸如局域网(LAN)/广域网/无线(例如WiFi)适配器512也可以连接到本地系统总线506。扩展总线接口514将本地系统总线506连接到输入/输出(I/O)总线516。I/O总线516连接到键盘/鼠标适配器518、硬盘控制器520和I/O适配器522。硬盘控制器520可以连接到存储装置526，该存储装置可以为任何合适的机器可用或机器可读存储介质，包括但不限于非易失性、硬编码类型的介质，诸如只读存储器(ROM)或可擦除的电可编程只读存储器(EEPROM)，磁带存储装置，以及用户可记录类型的介质，诸如软盘、硬盘驱动器和光盘只读存储器(CD-ROM)或数字通用盘(DVD)，以及其他已知的光、电或磁存储装置。存储器526可以特别地存储关键性能指标550或本文所描述的其他数据、程序或指令。

在所示的示例中，还连接至I/O总线516的是音频适配器524，扬声器(未示出)可以连接至音频适配器以播放声音。键盘/鼠标适配器518为指点装置(未示出)诸如鼠标、轨迹球、轨迹指示器、触摸屏等提供连接。I/O适配器522可以被连接以与硬件528通信或控制该硬件，该硬件可以包括任何硬件或执行本文所述过程所需的任何硬件或物理组件。

本领域普通技术人员将理解，图5中描绘的硬件可以针对特定实施方式而变化。例如，除了所描绘的硬件之外或代替所描绘的硬件，还可以使用其他外围装置，诸如光盘驱动器等。所描绘的示例仅出于说明的目的而提供，并不意味着暗示关于本公开的架构限制。

根据本公开的实施方式的数据处理系统包括采用图形用户界面的操作系统。操作系统允许在图形用户界面中同时呈现多个显示窗口，每个显示窗口向不同应用或同一应用的不同实例提供界面。用户可以通过点击装置来操纵图形用户界面中的光标。可以改变光标的位置和/或生成诸如点击鼠标按钮的事件以启动期望的响应。

如果适当地修改，则可以使用各种商业操作系统中的一种，诸如MicrosoftWindows^TM的版本，这是位于华盛顿州雷德蒙德的微软公司的产品。如所描述的，根据本公开来修改或创建操作系统。

LAN/WAN/无线适配器512可以连接到网络530(不是数据处理系统500的一部分)，如本领域技术人员所知，该网络可以为任何公共或私有数据处理系统网络或网络的组合，包括互联网。数据处理系统500可以通过网络530与服务器系统540通信，服务器系统也不是数据处理系统500的一部分，但是可以实现为例如单独的数据处理系统500。

当然，本领域技术人员将认识到，除非操作序列明确指出或要求，否则上述过程中的某些步骤可以省略、同时或按顺序执行，或以不同的顺序执行。

本领域技术人员将认识到，为了简单和清楚起见，本文没有描绘或描述适合于与本公开一起使用的所有数据处理系统的完整结构和操作。相反，仅描绘和描述了本公开所独有的或对于理解本公开所必需的大部分数据处理系统。数据处理系统500的其余构造和操作可以符合本领域已知的各种当前实施方式和实践中的任何一种。

重要的是要指出，尽管本公开包括在全功能系统的上下文中的描述，但是本领域技术人员将理解，本公开的机制的至少一部分能够以指令的形式进行分配，该指令以各种形式中的任何一种包含在机器可用、计算机可用或计算机可读介质中，并且本公开等同地适用，而与实际用于执行分配的特定类型的指令或信号承载介质或存储介质无关。机器可用/可读或计算机可用/可读介质的示例包括：非易失性、硬编码类型的介质，诸如只读存储器(ROM)或可擦除的电可编程只读存储器(EEPROM)，以及用户可记录类型的介质，诸如软盘、硬盘驱动器和光盘只读存储器(CD-ROM)或数字多功能盘(DVD)。

尽管已经详细描述了本公开的示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的最广泛形式的精神和范围的情况下，可以进行本文公开的各种改变、替换、变化和改进。

本申请中的描述均不应被理解为暗示任何特定的元素、步骤或功能是必须被包括在权利要求范围内的必要元素：取得专利权的主题的范围仅由所授权的权利要求所限定。此外，这些权利要求均无意援引35USC§112(f)，除非确切的词语“用于…的装置”后面带有分词。在权利要求内对诸如(但不限于)“机制”、“模块”、“装置”、“单元”、“组件”、“元素”、“构件”、“设备”、“机器”、“系统”、“处理器”或“控制器”的术语的使用应理解为并旨在指代相关领域的技术人员已知的结构，如通过权利要求本身的特征进一步修改或增强的，并且不旨在援引35U.S.C.§112(f)。

Claims (20)

1.一种由控制系统(500)执行的过程(400)，包括：

接收(405)场景(110)和领域本体(111)，所述场景定义了在体系SoS中可用的实例，并且所述领域本体包括领域特定元素和规则；

将所述领域本体提炼为包括所述体系SoS的可能元素的知识图；

根据在所述知识图中所包括的所述体系SoS的所述可能元素，确定(410)结构(132)、属性(133)和能力(131)，其中，所述结构、所述属性和所述能力是基于能力的模型的基本组成部分，每个所述属性为定义了所述SoS的实体的在可能表现出该属性的特定实体的情境之外的特性，每个所述结构为暴露提供一个能力或一组能力的属性的物理实体，并且每个所述能力为由所述SoS中的基于特性标准表现出特定行为的结构所提供的功能，其中，所述行为为连接到特定属性时能力的表现；

使用所述结构、属性和能力，基于所述场景，生成(415)SoS设计替代方案(146)，其中，所述SoS设计替代方案是通过关系连接的所述结构、所述能力和所述属性的组合；

基于所述场景，执行(430)对所述SoS设计替代方案的评估(159)；

基于所述评估，生成(445)SoS设计(300)；以及

向用户显示所述SoS设计。

2.根据权利要求1所述的过程，进一步包括：识别所述SoS设计的一部分(161)；以及触发对所述SoS设计的所述部分的详细分析(162)。

3.根据权利要求1所述的过程，进一步包括：识别潜在问题(166)；以及向所述用户显示所述潜在问题。

4.根据权利要求3所述的过程，其中，所述潜在问题包括所述控制系统的瓶颈和潜在的资源不足。

5.根据权利要求3所述的过程，进一步包括显示用于改变所述SoS设计以增加弹性的建议(171)。

6.根据权利要求1所述的过程，进一步包括在所述评估发生之前基于所述场景的需求(555)过滤所述设计替代方案。

7.根据权利要求1所述的过程，其中，基于所述场景中提供的关键性能指标(550)来评估所述设计替代方案。

8.一种控制系统(500)，包括：

存储器(508)；以及

与所述存储器通信的处理器(502)，其中，所述处理器被配置为：

接收(405)场景(110)和领域本体(111)，所述场景定义了在体系SoS中可用的实例，并且所述领域本体包括领域特定元素和规则；将所述领域本体提炼为包括所述体系SoS的可能元素的知识图；

根据在所述知识图中所包括的所述体系SoS的所述可能元素，确定(410)结构(132)、属性(133)和能力(131)，其中，所述结构、所述属性和所述能力是基于能力的模型的基本组成部分，每个所述属性为定义了所述SoS的实体的在可能表现出该属性的特定实体的情境之外的特性，每个所述结构为暴露提供一个能力或一组能力的属性的物理实体，并且每个所述能力为由所述SoS中的基于特性标准表现出特定行为的结构所提供的功能，其中，所述行为为连接到特定属性时能力的表现；

使用所述结构、属性和能力，基于所述场景，生成(415)SoS设计替代方案(146)，其中，所述SoS设计替代方案是通过关系连接的所述结构、所述能力和所述属性的组合；

基于所述场景，执行(430)对所述SoS设计替代方案的评估(159)；

基于所述评估，生成(445)SoS设计(300)；以及

向用户显示所述SoS设计。

9.根据权利要求8所述的控制系统，其中，所述处理器进一步被配置为：识别所述SoS设计的一部分(161)；以及触发对所述SoS设计的所述部分的详细分析(162)。

10.根据权利要求8所述的控制系统，其中，所述处理器进一步被配置为：识别潜在问题(166)；以及向用户显示所述潜在问题。

11.根据权利要求10所述的控制系统，其中，所述潜在问题包括所述控制系统的瓶颈和潜在的资源不足。

12.根据权利要求10所述的控制系统，其中，所述处理器进一步被配置为显示用于改变所述SoS设计以增加弹性的建议(171)。

13.根据权利要求8所述的控制系统，其中，所述处理器进一步被配置为：在所述评估发生之前，基于所述场景的需求(555)过滤所述设计替代方案。

14.根据权利要求8所述的控制系统，其中，基于所述场景中提供的关键性能指标(550)来评估所述设计替代方案。

15.一种存储可执行指令的非暂时性计算机可读介质，所述可执行指令在被执行时使处理器(502)执行以下操作：

接收(405)场景(110)和领域本体(111)，所述场景定义了在体系SoS中可用的实例，并且所述领域本体包括领域特定元素和规则；

将所述领域本体提炼为包括所述体系SoS的可能元素的知识图；

根据在所述知识图中所包括的所述体系SoS的所述可能元素，确定(410)结构(132)、属性(133)和能力(131)，其中，所述结构、所述属性和所述能力是基于能力的模型的基本组成部分，每个所述属性为定义了所述SoS的实体的在可能表现出该属性的特定实体的情境之外的特性，每个所述结构为暴露提供一个能力或一组能力的属性的物理实体，并且每个所述能力为由所述SoS中的基于特性标准表现出特定行为的结构所提供的功能，其中，所述行为为连接到特定属性时能力的表现；

使用所述结构、属性和能力，基于所述场景，生成(415)SoS设计替代方案(146)，其中，所述SoS设计替代方案是通过关系连接的所述结构、所述能力和所述属性的组合；

基于所述场景，执行(430)对所述SoS设计替代方案的评估(159)；

基于所述评估，生成(445)SoS设计(300)；以及

向用户显示所述SoS设计。

16.根据权利要求15所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述可执行指令还使处理器：识别所述SoS设计的一部分(161)；以及触发对所述SoS设计的所述部分的详细分析(162)。

17.根据权利要求15所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述可执行指令进一步使处理器：识别潜在问题(166)；以及向用户显示所述潜在问题。

18.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述潜在问题包括系统的瓶颈和潜在的资源不足。

19.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述可执行指令进一步使处理器显示用于改变所述SoS设计以增加弹性的建议(171)。

20.根据权利要求15所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述可执行指令进一步使处理器在所述评估发生之前基于所述场景的需求(555)过滤设计替代方案。