CN112784417A - 一种基于SysML的航电分布式联合仿真方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SysML的航电分布式联合仿真方法及系统。其中，该方法包括：获取运行场景信息；根据所述运行场景信息，构建系统模型；根据所述系统模型，确定数据变量；执行分布式联合仿真操作。本发明解决了现有技术中基于SysML建模工具无法实现多节点的分布式仿真的技术问题。

Description

一种基于SysML的航电分布式联合仿真方法及系统

技术领域

本发明涉及航空电子领域，具体而言，涉及一种基于SysML的航电分布式联合仿真方法及系统。

背景技术

在航电系统设计早期，传统的基于SysML语言的不同子系统模型由其专业建模人员搭建，最终集成在一起进行联合仿真。随着现代飞机航电系统的复杂性快速上升，面对数十万的信号数据交互，上千条的数据总线的航电系统，这种分别建模再集成仿真的方式变得十分困难，难以满足系统设计快速迭代需要。

但是，由于软件工具的封闭性，传统的基于SysML建模工具无法实现多节点的分布式仿真。因此，需要开发一种能够实现多节点分布式联合仿真的方法与系统，打破不同建模软件工具的封闭性，实现基于不同PC端各个子系统模型的的协同设计与分布式仿真，同时保证仿真的实时性。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于SysML的航电分布式联合仿真方法及系统，以至少解决现有技术中基于SysML建模工具无法实现多节点的分布式仿真的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种基于SysML的航电分布式联合仿真方法，包括：获取运行场景信息；根据所述运行场景信息，构建系统模型；根据所述系统模型，确定数据变量；执行分布式联合仿真操作。

可选的，在所述根据所述运行场景信息，构建系统模型之后，所述方法还包括：建立仿真执行界面。

可选的，所述建立仿真执行界面包括：获取所述运行场景信息中的需求信息；根据所述需求信息通过预设插件建立所述仿真执行界面。

可选的，在所述执行分布式联合仿真操作之前，所述方法还包括：根据所述数据变量，执行数据交互操作，其中，所述数据交互操作用于所述分布式联合仿真操作。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种基于SysML的航电分布式联合仿真系统，包括：获取模块，用于获取运行场景信息；构建模块，用于根据所述运行场景信息，构建系统模型；确定模块，用于根据所述系统模型，确定数据变量；执行模块，用于执行分布式联合仿真操作。

可选的，所述系统还包括：建立模块，用于建立仿真执行界面。

可选的，所述建立模块包括：获取单元，用于获取所述运行场景信息中的需求信息；建立单元，用于根据所述需求信息通过预设插件建立所述仿真执行界面。

可选的，所述系统还包括：执行模块，还用于根据所述数据变量，执行数据交互操作，其中，所述数据交互操作用于所述分布式联合仿真操作。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种非易失性存储介质，所述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时控制非易失性存储介质所在的设备执行一种基于SysML的航电分布式联合仿真方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电子装置，包含处理器和存储器；所述存储器中存储有计算机可读指令，所述处理器用于运行所述计算机可读指令，其中，所述计算机可读指令运行时执行一种基于SysML的航电分布式联合仿真方法。

在本发明实施例中，采用获取运行场景信息；根据所述运行场景信息，构建系统模型；根据所述系统模型，确定数据变量；执行分布式联合仿真操作的方式，解决了现有技术中基于SysML建模工具无法实现多节点的分布式仿真的技术问题。

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是根据本发明实施例的一种基于SysML的航电分布式联合仿真方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种基于SysML的航电分布式联合仿真系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种基于SysML的航电分布式联合仿真方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一

图1是根据本发明实施例的一种基于SysML的航电分布式联合仿真方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，获取运行场景信息。

具体的，本发明实施例在根据具体的需求信息来构建系统模型之前，需要获取运行场景的信息，因此分布式联合仿真方法在构建系统模型时，是基于不同PC端同步开展的，各个系统模型之间的数据交互由实时仿真总线实现，在建模时模型之间不能由控制流直接相连，而是基于“发送信号模块”和“接收事件模块”实现，三个系统模型基于对不同PC端搭建，系统1和系统2之间的数据交互通过创建“发送/接收信号1”模块实现，系统2和系统3之间的数据交互通过创建“发送/接收信号2”模块实现，在进行分布式仿真时，各个“发送/接收信号”模块相互触发，实现实时通信。

需要说明的是，本发明实施例所述SysML指的是对象管理组织OMG决定在对UML2.0的子集进行重用和扩展的基础上，提出一种新的系统建模语言——SysML(SystemsModeling Language)，作为系统工程的标准建模语言。和UML用来统一软件工程中使用的建模语言一样，SysML的目的是统一系统工程中使用的建模语言。SysML为系统的结构模型、行为模型、需求模型和参数模型定义了语义。结构模型强调系统的层次以及对象之间的相互连接关系，包括类和装配。行为模型强调系统中对象的行为，包括它们的活动、交互和状态历史。需求模型强调需求之间的追溯关系以及设计对需求的满足关系。参数模型强调系统或部件的属性之间的约束关系。SysML为模型表示法提供了完整的语义。和UML一样，SysML语言的结构也是基于四层元模型结构：元-元模型、元模型、模型和用户对象。元-元模型层具有最高抽象层次，是定义元模型描述语言的模型，为定义元模型的元素和各种机制提供最基本的概念和机制。元模型是元-元模型的实例，定义模型描述语言的模型。元模型提供了表达系统的各种包、模型元素的定义类型、标记值和约束等。模型是元模型的实例，定义特定领域描述语言的模型。用户对象是模型的实例。任何复杂系统在用户看来都是相互通信的具体对象，目的是实现复杂系统的功能和性能。

步骤S104，根据所述运行场景信息，构建系统模型。

可选的，在所述根据所述运行场景信息，构建系统模型之后，所述方法还包括：建立仿真执行界面。

可选的，所述建立仿真执行界面包括：获取所述运行场景信息中的需求信息；根据所述需求信息通过预设插件建立所述仿真执行界面。

具体的，分布式联合仿真方法在构建系统模型时，是基于不同PC端同步开展的，各个系统模型之间的数据交互由实时仿真总线实现，在建模时模型之间不能由控制流直接相连，而是基于“发送信号模块”和“接收事件模块”实现，三个系统模型基于对不同PC端搭建，系统1和系统2之间的数据交互通过创建“发送/接收信号1”模块实现，系统2和系统3之间的数据交互通过创建“发送/接收信号2”模块实现，在进行分布式仿真时，各个“发送/接收信号”模块相互触发，实现实时通信。航电系统运行场景的仿真执行界面由Scade Display工具开发，主要实现测试用例的新建、查看、设置等操作。根据该运行场景需要，利用ScadeDisplay工具的基本图形、条件容器、元素集合等在图形绘制界面进行需求界面的绘制，其中条件容器用来控制该运行场景显示哪个界面，容器对应一个Index，Index的值代表要显示的各ID。在利用SCADE Display的基础上，利用SCADE Suite工具，使界面和逻辑关联起来，Bool型变量和Display界面按键绑定，代表是否满足状态迁移，即画面的切换，Index变量和Display中条件容器的Index对应，从而完成对仿真界面状态转换机控制的搭建。

绘制完成时，利用Scade Display代码生成功能生成对应的C代码，将生成的C代码文件夹替换实时仿真总线工程下对应的文件夹，实时仿真总线工程的主函数调用Display生成的C代码接口，编译运行即可。

步骤S106，根据所述系统模型，确定数据变量。

具体的，为了实现不同系统模型之间的数据交互，首先需要通过实时仿真总线上位机创建数据变量。在实时仿真总线上位机创建一个新工程，在工程目录下的“仿真变量”下导入对应的接口文件，打开仿真界面变量，创建仿真所需的数据变量，实时仿真总线可识别创建的这些注册数据变量，以便关联分布式仿真过程中不同系统模型的交互数据。

步骤S108，执行分布式联合仿真操作

可选的，在所述执行分布式联合仿真操作之前，所述方法还包括：根据所述数据变量，执行数据交互操作，其中，所述数据交互操作用于所述分布式联合仿真操作。

具体的，不同SysML系统模型之间的数据交互基于实时仿真总线环境实现，主要分为三个步骤：

a)首先需要打通系统模型对外交互接口，利用Java插件导出成jar包，和plugin.xml配置文件一起放到SysML建模工具安装路径中plugins下的myplugins目录中；

b)然后利用C代码插件将SysML建模工具进行封装，实现不同SysML建模工具与实时仿真总线环境的连接；

c)在实时仿真总线环境内部，不同SysML系统模型的数据交互以及与HMI分布式仿真启动器的通信基于C代码实现。

另外，本发明实施例的分布式联合仿真执行过程为：

a)打开HMI分布式仿真执行界面开发工程，运行.exe；

b)打开实时仿真总线上位机(确保已添加仿真变量)；

c)打开多个SysML建模工具，系统模型在不同建模工具中启动仿真；

d)在HMI仿真执行界面设置选择预设的测试场景，选择New Test按键，最终选择Start启动测试，系统模型按照测试场景进入仿真流程，仿真过程中不同系统模型进行实时通信。

通过上述实施例，解决了现有技术中基于SysML建模工具无法实现多节点的分布式仿真的技术问题。

实施例二

图2是根据本发明实施例的一种基于SysML的航电分布式联合仿真系统的结构框图，如图2所示，该系统包括：

获取模块20，用于获取运行场景信息。

具体的，本发明实施例在根据具体的需求信息来构建系统模型之前，需要获取运行场景的信息，因此分布式联合仿真方法在构建系统模型时，是基于不同PC端同步开展的，各个系统模型之间的数据交互由实时仿真总线实现，在建模时模型之间不能由控制流直接相连，而是基于“发送信号模块”和“接收事件模块”实现，三个系统模型基于对不同PC端搭建，系统1和系统2之间的数据交互通过创建“发送/接收信号1”模块实现，系统2和系统3之间的数据交互通过创建“发送/接收信号2”模块实现，在进行分布式仿真时，各个“发送/接收信号”模块相互触发，实现实时通信。

需要说明的是，本发明实施例所述SysML指的是对象管理组织OMG决定在对UML2.0的子集进行重用和扩展的基础上，提出一种新的系统建模语言——SysML(SystemsModeling Language)，作为系统工程的标准建模语言。和UML用来统一软件工程中使用的建模语言一样，SysML的目的是统一系统工程中使用的建模语言。SysML为系统的结构模型、行为模型、需求模型和参数模型定义了语义。结构模型强调系统的层次以及对象之间的相互连接关系，包括类和装配。行为模型强调系统中对象的行为，包括它们的活动、交互和状态历史。需求模型强调需求之间的追溯关系以及设计对需求的满足关系。参数模型强调系统或部件的属性之间的约束关系。SysML为模型表示法提供了完整的语义。和UML一样，SysML语言的结构也是基于四层元模型结构：元-元模型、元模型、模型和用户对象。元-元模型层具有最高抽象层次，是定义元模型描述语言的模型，为定义元模型的元素和各种机制提供最基本的概念和机制。元模型是元-元模型的实例，定义模型描述语言的模型。元模型提供了表达系统的各种包、模型元素的定义类型、标记值和约束等。模型是元模型的实例，定义特定领域描述语言的模型。用户对象是模型的实例。任何复杂系统在用户看来都是相互通信的具体对象，目的是实现复杂系统的功能和性能。

构建模块22，用于根据所述运行场景信息，构建系统模型。

可选的，所述系统还包括：建立模块，用于建立仿真执行界面。

可选的，所述建立模块包括：获取单元，用于获取所述运行场景信息中的需求信息；建立单元，用于根据所述需求信息通过预设插件建立所述仿真执行界面。

具体的，分布式联合仿真方法在构建系统模型时，是基于不同PC端同步开展的，各个系统模型之间的数据交互由实时仿真总线实现，在建模时模型之间不能由控制流直接相连，而是基于“发送信号模块”和“接收事件模块”实现，三个系统模型基于对不同PC端搭建，系统1和系统2之间的数据交互通过创建“发送/接收信号1”模块实现，系统2和系统3之间的数据交互通过创建“发送/接收信号2”模块实现，在进行分布式仿真时，各个“发送/接收信号”模块相互触发，实现实时通信。航电系统运行场景的仿真执行界面由Scade Display工具开发，主要实现测试用例的新建、查看、设置等操作。根据该运行场景需要，利用ScadeDisplay工具的基本图形、条件容器、元素集合等在图形绘制界面进行需求界面的绘制，其中条件容器用来控制该运行场景显示哪个界面，容器对应一个Index，Index的值代表要显示的各ID。在利用SCADE Display的基础上，利用SCADE Suite工具，使界面和逻辑关联起来，Bool型变量和Display界面按键绑定，代表是否满足状态迁移，即画面的切换，Index变量和Display中条件容器的Index对应，从而完成对仿真界面状态转换机控制的搭建。

绘制完成时，利用Scade Display代码生成功能生成对应的C代码，将生成的C代码文件夹替换实时仿真总线工程下对应的文件夹，实时仿真总线工程的主函数调用Display生成的C代码接口，编译运行即可。

确定模块24，用于根据所述系统模型，确定数据变量。

具体的，为了实现不同系统模型之间的数据交互，首先需要通过实时仿真总线上位机创建数据变量。在实时仿真总线上位机创建一个新工程，在工程目录下的“仿真变量”下导入对应的接口文件，打开仿真界面变量，创建仿真所需的数据变量，实时仿真总线可识别创建的这些注册数据变量，以便关联分布式仿真过程中不同系统模型的交互数据。

执行模块26，用于执行分布式联合仿真操作

可选的，所述系统还包括：执行模块，还用于根据所述数据变量，执行数据交互操作，其中，所述数据交互操作用于所述分布式联合仿真操作。

具体的，不同SysML系统模型之间的数据交互基于实时仿真总线环境实现，主要分为三个步骤：

b)首先需要打通系统模型对外交互接口，利用Java插件导出成jar包，和plugin.xml配置文件一起放到SysML建模工具安装路径中plugins下的myplugins目录中；

b)然后利用C代码插件将SysML建模工具进行封装，实现不同SysML建模工具与实时仿真总线环境的连接；

c)在实时仿真总线环境内部，不同SysML系统模型的数据交互以及与HMI分布式仿真启动器的通信基于C代码实现。

另外，本发明实施例的分布式联合仿真执行过程为：

a)打开HMI分布式仿真执行界面开发工程，运行.exe；

b)打开实时仿真总线上位机(确保已添加仿真变量)；

c)打开多个SysML建模工具，系统模型在不同建模工具中启动仿真；

d)在HMI仿真执行界面设置选择预设的测试场景，选择New Test按键，最终选择Start启动测试，系统模型按照测试场景进入仿真流程，仿真过程中不同系统模型进行实时通信。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种非易失性存储介质，所述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时控制非易失性存储介质所在的设备执行一种基于SysML的航电分布式联合仿真方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电子装置，包含处理器和存储器；所述存储器中存储有计算机可读指令，所述处理器用于运行所述计算机可读指令，其中，所述计算机可读指令运行时执行一种基于SysML的航电分布式联合仿真方法。

通过上述实施例，解决了现有技术中基于SysML建模工具无法实现多节点的分布式仿真的技术问题。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于SysML的航电分布式联合仿真方法，其特征在于，包括：

获取运行场景信息；

根据所述运行场景信息，构建系统模型；

根据所述系统模型，确定数据变量；

执行分布式联合仿真操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述运行场景信息，构建系统模型之后，所述方法还包括：

建立仿真执行界面。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立仿真执行界面包括：

获取所述运行场景信息中的需求信息；

根据所述需求信息通过预设插件建立所述仿真执行界面。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述执行分布式联合仿真操作之前，所述方法还包括：

根据所述数据变量，执行数据交互操作，其中，所述数据交互操作用于所述分布式联合仿真操作。

5.一种基于SysML的航电分布式联合仿真系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取运行场景信息；

构建模块，用于根据所述运行场景信息，构建系统模型；

确定模块，用于根据所述系统模型，确定数据变量；

执行模块，用于执行分布式联合仿真操作。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

建立模块，用于建立仿真执行界面。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述建立模块包括：

获取单元，用于获取所述运行场景信息中的需求信息；

建立单元，用于根据所述需求信息通过预设插件建立所述仿真执行界面。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

执行模块，还用于根据所述数据变量，执行数据交互操作，其中，所述数据交互操作用于所述分布式联合仿真操作。

9.一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时控制非易失性存储介质所在的设备执行权利要求1至4中任意一项所述的方法。

10.一种电子装置，其特征在于，包含处理器和存储器；所述存储器中存储有计算机可读指令，所述处理器用于运行所述计算机可读指令，其中，所述计算机可读指令运行时执行权利要求1至4中任意一项所述的方法。

Images