CN112733370A - 一种基于图文转换的统一建模方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种基于图文转换的统一建模方法，该方法包括：选取了SysML模型中模块定义图、内部模块图、参数图、活动图和状态机图，将每一种图对应到预设文本描述框架中的一个部分，从定义、连接、方程、活动和状态5个方面来构建为文本化的模型，以统一的框架实现了对各种图的有机融合，从全局的视角来描述整个模型，并且在文本化的模型中保留SysML语言本身的语法语义特征，以实现便于建模工作者理解和编写，具有易于理解、建模过程简单、研发效率高、集成扩展能力强等优点。本申请解决了现有技术中建模研发过程的效率以及模型集成扩展能力较低的技术问题。

Description

一种基于图文转换的统一建模方法
技术领域
本申请涉及系统工程建模技术领域，尤其涉及一种基于图文转换的统一建模方法。
背景技术
随着系统工程复杂程度的提高，基于模型的系统工程(Model-based SystemsEngineering,MBSE)已成为复杂系统建模与仿真的主要解决方案，MBSE将传统的基于文档和物理模型的研发模式，转变为模型驱动的研发模式，这种形式化描述方式使得MBSE具有可重用、无歧义、易理解、易传播等优点，受到国内外学术界和企业界的广泛重视。MBSE采用系统建模语言(Systems Modeling Language,SysML)对系统进行全流程建模，以实现产品研制全过程的基于模型的统一管理和优化。
目前，通过SysML语言对系统全流程程建模主要是：采用序列图、用例图、状态机图、包图、活动图、模型定义图、内部模型图、需求图和参数图独立从不同视角来对模型进行描述，但是，由于SysML通过多种独立的图来对模型进行描述，一方面，使得不具备产品的物理模型描述能力，无法直接进行仿真，需要通过其他多领域建模仿真方法来验证模型的正确性和完备性；另一方面，一种类型的图只能从一个视角来描述模型，缺乏对模型的整体描述；另一方面，SysML的形式化建模方式虽然比较直观，但图表示不利于与其他文本语言之间的映射转换，集成能力弱。因此，现有技术基于SysML的形式化建模方式过程繁琐、转换不便，进而降低了研发过程的效率。
发明内容
本申请解决的技术问题是：针对现有技术中建模研发过程的效率以及模型集成扩展能力较低。本申请提供了一种基于图文转换的统一建模方法，本申请实施例所提供的方案中，通过根据预设的文本建模框架将从预设的SysML模型中选择的每种图进行SysML文本化处理得到文本化后的模型，即以统一的文本框架将预设的SysML模型中的每种图进行有机融合，可以从全局视角、文本形式对SysML模型进行描述，不仅使得具备产品的物理模型描述能力以及对模型的整体描述，提高了建模研发过程的效率；文本形式的模型还便于与其他文本语言之间的映射转换，提高了模型集成扩展能力。
第一方面，本申请实施例提供一种基于图文转换的统一建模方法，该方法包括：
从预设的SysML模型中选择出至少一种预设类型的图；
根据预设的文本建模框架分别将所述每种图进行SysML文本化处理得到文本化后的模型，其中，所述文本化后的模型是指通过文本形式描述的SysML模型。
本申请实施例所提供的方案中，通过根据预设的文本建模框架将从预设的SysML模型中选择的每种图进行SysML文本化处理得到文本化后的模型，即以统一的文本框架将预设的SysML模型中的每种图进行有机融合，可以从全局视角、文本形式对SysML模型进行描述，不仅使得具备产品的物理模型描述能力以及对模型的整体描述，提高了建模研发过程的效率；文本形式的模型还便于与其他文本语言之间的映射转换，提高了模型集成扩展能力。
可选地，所述至少一种预设类型的图，包括：模型定义图、内部模块图、参数图、活动图以及状态机图，其中，
所述模型定义图和所述内部模块图用于描述所述SysML模型中的层级结构、所述每种图中所含元素之间的连接关系；
所述参数图用于描述所述SysML模型中的约束关系，所述约束关系包括不同约束表达式中约束参数之间的对应关系、约束参数和值属性之间的对应关系；
所述活动图用于描述所述SysML模型中基于时间的连续行为；所述状态机图用于描述所述SysML模型中基于事件的离散行为。
可选地，根据预设的文本建模框架分别将所述每种图进行SysML文本化处理得到文本化后的模型，包括：
将所述模型定义图以及所述内部模块图进行SysML文本化处理得到所述结构对应的文本；
将所述参数图、所述活动图以及所述状态机图进行SysML文本化处理得到所述行为对应的文本；
根据所述预设的文本建模框架、所述结构对应的文本以及所述行为对应的文本得到所述文本化后的模型。
可选地，所述预设的文本建模框架，包括：定义部分、连接部分、状态机部分、方程部分以及活动部分，其中，
所述定义部分，用于定义元素信息、端口信息以及模型结构信息；所述连接部分，用于定义表达式之间的连接关系、连接之间流动的信息类型以及通过连接提供和请求的服务；所述状态机部分，用于表达事件发生与状态改变之间的关系；所述方程部分，用于以方程形式表达约束参数之间的数学关系；所述活动部分，用于表达基于时间的连续行为、显示事件、能量和数据在一系列动作之间的流动关系。
可选地，根据所述预设的文本建模框架、所述结构对应的文本以及所述行为对应的文本得到所述文本化后的模型，包括：
分别将所述模型定义图、所述内部模块图、所述参数图、所述活动图以及所述状态机图与所述定义部分、所述连接部分、所述方程部分、所述活动部分以及所述状态机部分对应；
根据所述定义部分、所述连接部分、所述方程部分、所述活动部分以及所述状态机部分的内容得到所述文本化后的模型。
可选地，所述文本化后的模型具有SysML语言自身的语法语义特征。
本申请实施例所提供的方案中，在建模过程中，采用面向对象的思想，结合SysML编程语言的规范，保留了SysML语言本身的语法语义特征，便于建模工作者理解和编写。
附图说明
图1为本申请实施例所提供的一种基于图文转换的统一建模方法的流程示意图；
图2为本申请实施例所提供的一种图文转换的图文对应关系图；
图3为本申请实施例提供的一种模型定义图SysML文本化的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种内部模块图SysML文本化的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种参数图SysML文本化的示意图；
图6为本申请实施例提供的一种活动图SysML文本化的示意图；
图7为本申请实施例提供的一种状态机图SysML文本化的示意图；
图8为本申请实施例所提供的一种水箱模型的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的一种蓄水池模块定义图；
图10为本申请实施例提供的一种蓄水池模块参数图。
具体实施方式
本申请实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种基于图文转换的统一建模方法做进一步详细的说明，该方法具体实现方式可以包括以下步骤(方法流程如图1所示)：
步骤101，计算机设备从预设的SysML模型中选择出至少一种预设类型的图。
具体的，在本申请实施例所提供的方案中，在计算机设备的本地或数据库中预先保存着SysML模型，其中，SysML模型包括3类9种图，3类图包括行为图、需求图和结构图，9种图包括序列图、用例图、状态机图、包图、活动图、模型定义图、内部模型图、需求图和参数图。
进一步，用户可根据实际需求从SysML模型的3类9种图中任选一种或多种进行图文转换，在此并不做限定。下面以其中一种选择方式为例进行说明。
在一种可能实现的方式中，所述至少一种预设类型的图，包括：模型定义图、内部模块图、参数图、活动图以及状态机图，其中，
所述模型定义图和所述内部模块图用于描述所述SysML模型中的层级结构、所述每种图中所含元素之间的连接关系；
所述参数图用于描述所述SysML模型中的约束关系，所述约束关系包括不同约束表达式中约束参数之间的对应关系、约束参数和值属性之间的对应关系；
所述活动图用于描述所述SysML模型中基于时间的连续行为；所述状态机图用于描述所述SysML模型中基于事件的离散行为。
具体的，在本申请实施例所提供的方案中，SysML模型中的约束关系，一般约束关系是以方程的形式表示，在参数图中一般以数学模型的方式表达不同约束表达式中约束参数之间的绑定关系、约束参数和值属性之间的绑定关系。
进一步，在SysML模型中利用活动图和状态机图用来描述模型的行为，使用活动图表达基于时间的连续行为，使用状态机图表达基于事件的离散行为，在SysML文本化过程中，连续行为和离散行为统一表达，使之适应复杂模型的表示。
应理解，在本申请实施例所提供的方案中，计算机设备可以为台式电脑、服务器、笔记本电脑或者其他具体数据处理功能的电子设备，在此并不做限定，只有具体数据处理功能都在本申请所保护范围内。
步骤102，计算机设备根据预设的文本建模框架分别将所述每种图进行SysML文本化处理得到文本化后的模型，其中，所述文本化后的模型是指通过文本形式描述的SysML模型。
在本申请实施例所提供的方案中，计算机设备在选择出至少一种预设类型的图之后，需要根据预设的文本建模框架分别将每种图进行SysML文本化处理得到文本化后的模型。具体的，根据预设的文本建模框架分别将每种图进行SysML文本化处理得到文本化后的模型的方式有多种，下面以其中一种为例进行说明。
在一种可能实现的方式中，根据预设的文本建模框架分别将所述每种图进行SysML文本化处理得到文本化后的模型，包括：将所述模型定义图以及所述内部模块图进行SysML文本化处理得到所述结构对应的文本；将所述参数图、所述活动图以及所述状态机图进行SysML文本化处理得到所述行为对应的文本；根据所述预设的文本建模框架、所述结构对应的文本以及所述行为对应的文本得到所述文本化后的模型。
进一步，在一种可能实现的方式中，所述预设的文本建模框架，包括：定义部分、连接部分、状态机部分、方程部分以及活动部分，其中，
所述定义部分，用于定义元素信息、端口信息以及模型结构信息；所述连接部分，用于定义表达式之间的连接关系、连接之间流动的信息类型以及通过连接提供和请求的服务；所述状态机部分，用于表达事件发生与状态改变之间的关系；所述方程部分，用于以方程形式表达约束参数之间的数学关系；所述活动部分，用于表达基于时间的连续行为、显示事件、能量和数据在一系列动作之间的流动关系。
进一步，在一种可能实现的方式中，根据所述预设的文本建模框架、所述结构对应的文本以及所述行为对应的文本得到所述文本化后的模型，包括：
分别将所述模型定义图、所述内部模块图、所述参数图、所述活动图以及所述状态机图与所述定义部分、所述连接部分、所述方程部分、所述活动部分以及所述状态机部分对应；
根据所述定义部分、所述连接部分、所述方程部分、所述活动部分以及所述状态机部分的内容得到所述文本化后的模型。
为了便于理解上述将选择出的每种图进行SysML文本化处理得到文本化后的模型的过程，下面对其过程进行简要介绍。
具体的，参见图2，为本申请实施例提供的一种图文转换的图文对应关系图。在图2中，预设的文本建模框架包括定义部分、连接部分、状态机部分、方程部分以及活动部分，其中，定义部分与模型定义图对应，即将模型定义图SysML文本化处理的文本信息插入到定义部分；连接部分与内部模块图对应，即将内部模块图SysML文本化处理的文本信息插入到连接部分；状态机部分与状态机图对应，即将状态机图SysML文本化处理的文本信息插入到状态机部分；方程部分与参数图对应，即将参数图SysML文本化处理的文本信息插入到方程部分；活动部分与活动图对应，即将活动图SysML文本化处理的文本信息插入到活动部分。
参见图3、图4、图5、图6、图7，其中，图3为本申请实施例提供的一种模型定义图SysML文本化的示意图；图4为本申请实施例提供的一种内部模块图SysML文本化的示意图；图5为本申请实施例提供的一种参数图SysML文本化的示意图；图6为本申请实施例提供的一种活动图SysML文本化的示意图；图7为本申请实施例提供的一种状态机图SysML文本化的示意图。下面分别对每种图SysML文本化过程进行简要介绍。
如图3所示，模块定义图对应于文本建模框架中的定义部分，用于定义模型元素及端口信息，说明系统的结构信息，包括组成部分(part)、引用、约束、值属性(value)和端口(part)等结构特性。
如图4所示，内部模块图对应于文本建模框架中的连接部分，用于表达属性之间的连接(connection)、连接之间流动的信息类型以及通过连接提供和请求的服务。
如图5所示，状态机图对应于文本建模框架中的状态机部分，用于表达系统中的结构如何根据事件的发生来改变状态(state)。
如图6所示，参数图对应于文本建模框架中的方程部分，一般以方程的形式表达约束参数之间的数学关系(equation)。
如图7所示，活动图对应于文本建模框架中的活动部分(action)，用于表达基于时间的连续行为，显示事件、能量和数据在一系列动作之间的流动。
进一步，为了便于理解上述基于图文转换的统一建模方法过程，下面以举例的形式对基于图文转换的统一建模方法进行简要介绍。
例如，如图8所示，为本申请实施例提供的一种水箱模型的结构示意图。在图8中，水箱模型包含一个水源和一个蓄水池，蓄水池上装有一个水深传感器和一个智能体控制器，用于将蓄水池中的水位控制在参考水平位置。当水源向蓄水池注水时，智能体控制器根据其实时水位来调节水量。
选取蓄水池模块为研究对象，这是一个连续模型，SysML模型如图9和图10所示，其中，图9为本申请实施例提供的一种蓄水池模块定义图；图10为本申请实施例提供的一种蓄水池模块参数图。在图9和图10中，以关键字continuous来引起，模型的名称Tank紧随其后，表示其为一个蓄水池模块；parameter区域都是需要实例化的参数包括蓄水池底面积area、水流增益flowGain等；value区域是相关的状态变量包括水位的高度h、流入的水流量qin；port区域是蓄水池上的端口包括与水源模块的、水深传感器、智能体控制器以及水流出的端口；equation区域主要是关于蓄水池模块行为的相关描述包括当接受qIn外部事件时，满足qin＝qIn；蓄水池模块需满足质量守恒方程der(h)＝(qin-qOut.lflow)/area等。
进一步，将图9中的模块定义图和图10中的参数图进行SysML文本化处理得到如下所示的描述文本：
Figure BDA0002896853520000081
Figure BDA0002896853520000091
本申请实施例所提供的方案中，通过根据预设的文本建模框架将从预设的SysML模型中选择的每种图进行SysML文本化处理得到文本化后的模型，即以统一的文本框架将预设的SysML模型中的每种图进行有机融合，可以从全局视角、文本形式对SysML模型进行描述，不仅使得具备产品的物理模型描述能力以及对模型的整体描述，提高了建模研发过程的效率；文本形式的模型还便于与其他文本语言之间的映射转换，提高了模型集成扩展能力。
进一步，为了便于建模工作者理解和编写，提高用户体验感受，在一种可能实现的方式中，所述文本化后的模型具有SysML语言自身的语法语义特征。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种基于图文转换的统一建模方法，其特征在于，包括：
从预设的SysML模型中选择出至少一种预设类型的图；
根据预设的文本建模框架分别将所述每种图进行SysML文本化处理得到文本化后的模型，其中，所述文本化后的模型是指通过文本形式描述的SysML模型。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一种预设类型的图，包括：模型定义图、内部模块图、参数图、活动图以及状态机图，其中，
所述模型定义图和所述内部模块图用于描述所述SysML模型中的层级结构、所述每种图中所含元素之间的连接关系；
所述参数图用于描述所述SysML模型中的约束关系，所述约束关系包括不同约束表达式中约束参数之间的对应关系、约束参数和值属性之间的对应关系；
所述活动图用于描述所述SysML模型中基于时间的连续行为；所述状态机图用于描述所述SysML模型中基于事件的离散行为。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据预设的文本建模框架分别将所述每种图进行SysML文本化处理得到文本化后的模型，包括：
将所述模型定义图以及所述内部模块图进行SysML文本化处理得到所述结构对应的文本；
将所述参数图、所述活动图以及所述状态机图进行SysML文本化处理得到所述行为对应的文本；
根据所述预设的文本建模框架、所述结构对应的文本以及所述行为对应的文本得到所述文本化后的模型。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设的文本建模框架，包括：定义部分、连接部分、状态机部分、方程部分以及活动部分，其中，
所述定义部分，用于定义元素信息、端口信息以及模型结构信息；所述连接部分，用于定义表达式之间的连接关系、连接之间流动的信息类型以及通过连接提供和请求的服务；所述状态机部分，用于表达事件发生与状态改变之间的关系；所述方程部分，用于以方程形式表达约束参数之间的数学关系；所述活动部分，用于表达基于时间的连续行为、显示事件、能量和数据在一系列动作之间的流动关系。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述预设的文本建模框架、所述结构对应的文本以及所述行为对应的文本得到所述文本化后的模型，包括：
分别将所述模型定义图、所述内部模块图、所述参数图、所述活动图以及所述状态机图与所述定义部分、所述连接部分、所述方程部分、所述活动部分以及所述状态机部分对应；
根据所述定义部分、所述连接部分、所述方程部分、所述活动部分以及所述状态机部分的内容得到所述文本化后的模型。
6.如权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述文本化后的模型具有SysML语言自身的语法语义特征。
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