CN113919138A - 基于体系设计产品的仿真建模方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于体系设计产品的仿真建模方法及计算机可读存储介质，基于体系设计产品的仿真建模方法具体包括：S100：从体系结构视图产品中抽取用于建模的相关视图，对相关视图进行解析，形成典型体系结构视图描述文件。S200：通过模型要素转换映射，将典型体系结构视图描述文件映射为仿真模型描述文件。S300：基于仿真模型描述文件，形成组件代码框架和实体代码框架，基于组件代码框架进行组件模型开发，基于组件模型和实体代码框架进行实体模型开发和装配，生成仿真PSM模型。根据本发明的基于体系设计产品的仿真建模方法，提出了一种组件化的建模机制，可实现模型的自由组装和配置。

Description

基于体系设计产品的仿真建模方法及计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及仿真建模技术领域，尤其涉及一种基于体系设计产品的仿真建模方法及计算机可读存储介质。
背景技术
体系结构驱动仿真建模能够以体系结构设计为模板，在继承体系设计提供的信息基础上进一步构建可在具体仿真场景中动态运行的仿真模型，真正实现以建模仿真手段对体系设计成果进行验证。在体系结构驱动仿真建模方面，当前研究主要集中在基于产品的可执行体系结构，即利用模型转换方法，将体系结构执行过程作为模型驱动开发过程中的一个关键环节，具体以体系结构产品为基础，将其转换为某种可执行仿真模型，使体系结构产品可以间接作用于用于后续代码生成等环节。
根据转换成的仿真模型不同，可将可执行模型构建方法大致分为以下两类：一是离散事件系统仿真形式化建模方法，如基于CPN、对象Petri网、DEVS(Discrete EventSystem Specification)的方法。体系结构可执行的关键在于具有精确操作语义的仿真范式，广泛使用的Petri网和DEVS就为此提供了形式化的仿真体系。二是基于商用仿真软件如ExtendSim的建模方法，建立从各体系结构产品元素到ExtendSim建模组件的映射关系，将系统体系结构中的各种模型自动转换为Simulink仿真模型，不仅能够支持验证系统的逻辑和行为的正确性和一致性，还能够支持对系统的整体性能或效能进行预评估。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何充分利用体系设计产品提供的信息，驱动仿真建模活动，提供一种基于体系设计产品的仿真建模方法及计算机可读存储介质，基于体系设计产品的仿真建模方法具体包括：
从体系结构视图产品中抽取用于建模的相关视图，对所述相关视图进行解析，形成典型体系结构视图描述文件；
通过模型要素转换映射，将典型体系结构视图描述文件映射为仿真模型描述文件；
基于仿真模型描述文件，形成组件代码框架和实体代码框架，基于所述组件代码框架进行组件模型开发，基于所述组件模型和所述实体代码框架进行实体模型开发和装配，生成仿真PSM模型。
根据本发明的基于体系设计产品的仿真建模方法，提出了一种组件化的建模机制，可实现模型的自由组装和配置，同时提出了基于体系设计产品的仿真模型映射方法，建立了从体系设计视图产品到仿真模型的映射转换关系，实现了体系设计核心要素的完整映射，便于基于体系设计进行体系仿真。
根据本发明的一些实施例，所述通过模型要素转换映射，包括：
在系统组成视图中选取系统映射形成仿真模型体系。
在本发明的一些实施例中，所述系统映射包括：
对仿真模型体系中的各个实体模型进行交互关系映射、组件信息映射和实体行为映射。
根据本发明的一些实施例，所述交互关系映射具体为：
根据系统逻辑连接视图、系统物理连接视图对各个实体模型发布或订阅的交互信息进行映射，同时根据系统数据交换要求视图对各交互消息的内容格式进行映射，形成实体模型交互消息描述；
在交互消息库中根据仿真交互消息描述查找是否已有满足要求的仿真交互消息，完成已有交互消息绑定，实现交互消息复用。
在本发明的一些实施例中，所述组件信息映射具体为：
在系统组成视图中获取各实体模型的下级系统信息，并根据下级系统描述将下级系统映射为组件模型体系中相应类型的组件，在系统功能分解视图中提取各下级系统相应功能并映射为组件的功能接口，在系统规则模型视图中提取各下级系统相应功能规则并映射为组件的功能规则，在系统性能参数视图中提取各下级系统相应性能参数并映射为组件的性能参数；
在组件模型库中根据组件模型描述查找是否已有满足要求的组件模型，完成已有组件模型绑定，实现组件模型复用。
根据本发明的一些实施例，所述实体行为映射具体为：
在系统功能分解视图和系统规则模型视图中获取各个实体的功能信息并映射为实体的行为组件和行为规则；
在行为组件库中根据行为组件描述查找是否已有满足要求的行为组件模型，完成已有行为组件绑定，实现行为组件复用。
在本发明的一些实施例中，所述基于转换映射规则构建转换映射程序完成体系设计视图到仿真模型的转换映射，包括：
在仿真实体模型库中根据所述仿真模型描述文件查找是否已有满足要求的仿真实体模型，如果在所述仿真实体模型库中已有满足所述仿真模型描述文件的仿真实体模型，则对所述已有仿真实体模型进行绑定，实现仿真实体模型的整体复用。
根据本发明的一些实施例，所述组件模型包括：
机动组件、传感器组件、通信组件、武器组件、网电对抗组件、数据处理组件、行为组件和指挥决策组件。
在本发明的一些实施例中，在进行实体模型开发和装配时，包括：对一个或多个组件模型进行封装，且封装过程应满足初始化功能接口、输入输出功能接口、周期触发功能接口和事件触发功能接口适配要求。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，用于存储非暂时性计算机可读指令，当所述非暂时性计算机可读指令由计算机执行时，使得所述计算机执行上述一些实施例中的基于体系设计产品的仿真建模方法。
附图说明
图1为根据本发明实施例的基于体系设计产品的仿真建模方法流程图；
图2为根据本发明实施例的基于体系设计产品的仿真建模方法的组件模型体系划分示意图；
图3为根据本发明实施例的基于体系设计产品的仿真建模方法的实体组件交互框架示意图；
图4为根据本发明实施例的基于体系设计产品的仿真建模方法的仿真实体模型封装集成示意图；
图5为根据本发明实施例的基于体系设计产品的仿真建模方法的仿真建模总体框架示意图；
图6为根据本发明具体实施例的基于体系设计产品的仿真建模方法的建模流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。
本发明中说明书中对方法流程的描述及本发明说明书附图中流程图的步骤并非必须按步骤标号严格执行，方法步骤是可以改变执行顺序的。而且，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
当前在体系结构驱动仿真建模研究中，能够根据体系设计成果开展仿真系统建模，但未形成完全自动化的，且从体系设计数字化模型到仿真模型的自主建模。离散事件系统仿真形式化建模方法明确、简单，但受限于其形式化仿真体系，难以体现体系仿真中的交互过程和交互信息、实体属性等细节，一些形式化建模方法如Petri网等更侧重于活动和流程建模，对模型性能、效能仿真或体系级仿真的能力较弱；而基于商用仿真软件的建模方法的缺点在于其内部执行机制包括数学基础并没有完全公开，其仿真体系较为封闭，很难进行相应集成和扩展。
本发明旨在部分解决上述技术问题，提出了一种基于体系设计产品的仿真建模方法及计算机可读存储介质，如图1所示，基于体系设计产品的仿真建模方法具体包括：
S100：从体系结构视图产品中抽取用于建模的相关视图，对相关视图进行解析，形成典型体系结构视图描述文件。其中，典型体系结构视图描述文件为常用的XML格式的典型体系结构视图描述文件，步骤S100实现的是获得体系设计PIM模型。
S200：通过模型要素转换映射，将典型体系结构视图描述文件映射为仿真模型描述文件。其中，通过步骤S200得到了仿真模型描述文件，实现的是获得仿真PIM模型。
并且，在步骤S200中，体系设计视图产品与仿真模型要素映射将体系结构描述文件转换成仿真模型描述文件，将体系设计的相关成果转化为对模型实体组成、交互关系、功能、性能、接口、业务流程等的要求和约束。仿真模型描述文件中要体现实体模型体系，模型交互关系，实体组件组成关系以及实体行为等。其中，体系设计的相关成果主要包括体系结构系统视图产品。
S300：基于仿真模型描述文件，形成组件代码框架和实体代码框架，基于组件代码框架进行组件模型开发，基于组件模型和实体代码框架进行实体模型开发和装配，生成仿真PSM模型。
根据本发明的基于体系设计产品的仿真建模方法，提出了一种组件化的建模机制，可实现模型的自由组装和配置，同时提出了基于体系设计产品的仿真模型映射方法，建立了从体系设计视图产品到仿真模型的映射转换关系，实现了体系设计核心要素的完整映射，便于基于体系设计进行体系仿真。
根据本发明的一些实施例，通过模型要素转换映射，包括在系统组成视图中选取系统映射形成仿真模型体系。
具体而言，典型体系结构视图描述文件与仿真模型描述文件的具体映射规则见下表：
Figure BDA0003264380720000061
根据上表，在系统组成视图中选取系统映射形成仿真模型体系具体为：将体系设计成果中系统组成视图(SV-1)映射为仿真模型体系。
在本发明的一些实施例中，系统映射包括：对仿真模型体系中的各个实体模型进行交互关系映射、组件信息映射和实体行为映射。
根据本发明的一些实施例，交互关系映射具体为：根据系统逻辑连接(SV-2a)视图、系统物理连接(SV-2b)视图对各个实体模型发布或订阅的交互信息进行映射，同时根据系统数据交换要求(SV-6)视图对各交互消息的内容格式进行映射，形成实体模型交互消息描述。
在交互消息库中根据仿真交互消息描述查找是否已有满足要求的仿真交互消息，完成已有交互消息绑定，实现交互消息复用。
在本发明的一些实施例中，组件信息映射具体为：在系统组成(SV-1)视图中获取各实体模型的下级系统信息，并根据下级系统描述将下级系统映射为组件模型体系中相应类型的组件，在系统功能分解(SV-4a)视图中提取各下级系统相应功能并映射为组件的功能接口，在系统规则模型(SV-10a)视图中提取各下级系统相应功能规则并映射为组件的功能规则，在系统性能参数(SV-7)视图中提取各下级系统相应性能参数并映射为组件的性能参数。
在组件模型库中根据组件模型描述查找是否已有满足要求的组件模型，完成已有组件模型绑定，实现组件模型复用。
根据本发明的一些实施例，实体行为映射具体为：在系统功能分解(SV-4a)视图和系统规则(SV-10a)模型视图中获取各个实体的功能信息并映射为实体的行为组件和行为规则。
在行为组件库中根据行为组件描述查找是否已有满足要求的行为组件模型，完成已有行为组件绑定，实现行为组件复用。
在本发明的一些实施例中，基于转换映射规则构建转换映射程序完成体系设计视图到仿真模型的转换映射，包括：在仿真实体模型库中根据仿真模型描述文件查找是否已有满足要求的仿真实体模型，如果在仿真实体模型库中已有满足仿真模型描述文件的仿真实体模型，则对已有仿真实体模型进行绑定，实现仿真实体模型的整体复用。
值得说明的是，通过在交互消息库中根据仿真交互消息描述查找是否已有满足要求的仿真交互消息，在组件模型库中根据组件模型描述查找是否已有满足要求的组件模型，在行为组件库中根据行为组件描述查找是否已有满足要求的行为组件模型，以及在仿真实体模型库中根据仿真模型描述文件查找是否已有满足要求的仿真实体模型，实现了交互消息、组件模型、行为组件和仿真实体模型的复用，提升了组件化建模的实用性，避免重复开发，降低了开发成本。
根据本发明的一些实施例，组件模型包括：机动组件、传感器组件、通信组件、武器组件、网电对抗组件、数据处理组件、行为组件和指挥决策组件。
值得说明的是，如图2所示，对于组件模型体系的划分按照可组合、可重用、互操作的要求，装备实体模型具有的运动能力、感知能力、通信能力、干扰能力、行为能力、网电对抗等能力设计为功能组件，通过组件的合理装配得到作战实体的仿真模型，具体而言：
机动组件模拟作战实体的空间移动能力，包括地面、空中、空间、水面、水下等不同战场空间机动平台。
传感器组件模拟作战实体所携带的雷达、可见光、红外、声纳等探测类设备对外部环境的感知功能。
通信组件是实体间完成通信的组件，模拟了作战实体的通信能力，是对有线、无线(微波、超短波、短波、高速电台等)通信设备等的功能模拟。
武器组件模拟作战实体对外部实体造成毁伤等效果，对实体所携带的硬杀伤武器进行模拟。
网电对抗组件模拟对敌方装备实体进行的网电干扰，以及对自身装备实体的电子防御能力，主要对网络攻击设备、通信设备、GPS等的对抗干扰功能进行模拟，
数据处理组件对传感器搜集数据处理过程进行模拟。
行为组件是是对作战实体某种特定行动或决策实施过程的描述，主要实现相关活动的执行逻辑，通过调度其他任务组件执行具体的战术行为动作，如空域巡逻、对地突击、搜潜反潜等。
指挥决策组件对作战实体的决策过程进行模拟，通过处理来自本作战实体所携带传感器的感知报告、来自通信网络的由上/下/平级发送的命令/报告/请求等信息，进行行为决策，调度实体行为组件来应对各种不同的作战任务和要求。
在本发明的一些实施例中，在进行实体模型开发和装配时，包括：对一个或多个组件模型进行封装，且封装过程应满足初始化功能接口、输入输出功能接口、周期触发功能接口和事件触发功能接口适配要求。
值得说明的是，如图3所示，仿真实体模型可由一个或多个仿真组件模型封装集成，通过组件间的组装，可灵活构建各种型号、各种功能的装备实体模型，使模型具备可组合性和可重用性。
仿真实体模型集成应对一个或多个仿真组件模型进行封装，且封装过程应满足初始化功能接口、输入输出功能接口、周期触发功能接口和事件触发功能接口适配要求，封装后形成的仿真实体模型结构如图4所示，各类接口适配具体要求如下：
初始化功能接口适配：应在预留的初始化适配模块中，实现仿真实体模型初始化功能，提取属性初始化参数，并对包含的仿真组件模型依次进行初始化。
输入输出功能接口适配：应在预留的接口适配模块中，实现仿真实体模型输入输出接口与仿真组件模型输入输出接口转换。
周期触发功能接口适配：应根据所模拟的武器装备实际特征，通过对其包含的仿真组件模型中的功能接口进行编排，形成仿真实体模型周期触发功能。
事件触发功能接口适配：应根据所模拟的武器装备实际特征，通过对其包含的仿真组件模型中的功能接口进行编排，形成仿真实体模型事件触发功能。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，用于存储非暂时性计算机可读指令，当非暂时性计算机可读指令由计算机执行时，使得计算机执行上述一些实施例中的基于体系设计产品的仿真建模方法。
下面参照附图以一个具体的实施例详细描述本发明的基于体系设计产品的仿真建模方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性描述，而不应理解为对本发明的限制。
在本发明提出的基于体系设计产品的仿真建模方法中，如图5所示，以模型驱动架构(Model Driven Architecture，MDA)方法为仿真模型开发基础，以体系设计视图产品为输入，通过建立体系设计PIM模型与仿真PIM模型之间的转换映射桥梁，构建与体系设计模型在“模型要素、流程、接口、数据、模型业务活动”等方面一致的仿真模型。同时，为提升模型的复用性，在仿真PIM模型建立过程中引入组件化建模机制，并根据已有模型的描述实现建模资源的绑定复用，组件化模型体系结构参考Q/UV J01 38-2016中组件模型体系划分。
如图6和上述表格所示，本发明提出的基于体系设计产品的仿真建模方法包括下列步骤：
(1)加载并解析体系结构视图描述文件形成各类体系结构视图数据，即基于体系设计元模型进行体系设计PIM模型解析，后续步骤(2)-(4)将基于转换映射规则构建转换映射程序完成体系设计PIM模型到仿真PIM模型的转换映射。
(2)在系统组成视图(SV-1)中选取系统映射形成仿真模型体系。
(3)对仿真模型体系中的各个实体模型进行交互关系映射、组件信息映射和实体行为映射：
a)交互关系映射：根据系统逻辑连接(SV-2a)、系统物理连接(SV-2b)视图对各个实体模型发布或订阅的交互信息进行映射，同时根据系统数据交换要求(SV-6)对各交互消息的内容格式进行映射，形成实体模型交互消息描述，在交互消息库中根据仿真交互消息描述查找是否已有满足要求的仿真交互消息，完成已有交互消息绑定，实现交互消息复用。
b)组件信息映射：在系统组成(SV-1)中获取各实体模型的下级系统信息，并根据下级系统描述将下级系统映射为组件模型体系中相应类型的组件，在系统功能分解(SV-4a)、系统规则模型(SV-10a)、系统性能参数(SV-7)中提取各下级系统相应功能、功能规则、性能参数并映射为组件的功能接口、功能规则和组件性能参数，在组件模型库中根据组件模型描述查找是否已有满足要求的组件模型，完成已有组件模型绑定，实现组件模型复用。
c)实体行为映射：在系统功能分解(SV-4a)、系统规则模型(SV-10a)中获取各个实体的功能信息并映射为实体的行为组件和行为规则，在行为组件库中根据行为组件描述查找是否已有满足要求的行为组件模型，完成已有行为组件绑定，实现行为组件复用。
(4)在仿真实体模型库中根据实体模型描述查找是否已有满足要求的仿真实体模型，完成已有仿真实体模型的绑定，实现仿真实体模型的整体复用。
(5)综合映射成果生成仿真模型描述文件，即基于仿真元模型进行仿真PIM模型生成。
(6)加载并解析仿真模型描述文件，自动生成仿真实体模型间交互的消息接口文件、组件代码框架、实体代码框架。
(7)基于代码框架进行组件模型开发和实体模型开发装配，生成仿真PSM模型。
本发明提出的基于体系设计成果的仿真建模方法，以组件化建模机制为基础，以体系结构设计形成的典型视图产品为输入，通过模型转换与适配将体系设计各类视图要素分别映射称为模型组件的组成、功能、性能、接口、状态等，构建与之在“模型要素、流程、接口、数据、模型业务活动”等方面一致的装备仿真模型，真正建立从体系设计到体系仿真的桥梁，支撑按照体系设计的作战概念对体系作战过程进行综合推演和迭代优化。
通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (10)

1.一种基于体系设计产品的仿真建模方法，其特征在于，包括：
从体系结构视图产品中抽取用于建模的相关视图，对所述相关视图进行解析，形成典型体系结构视图描述文件；
通过模型要素转换映射，将典型体系结构视图描述文件映射为仿真模型描述文件；
基于仿真模型描述文件，形成组件代码框架和实体代码框架，基于所述组件代码框架进行组件模型开发，基于所述组件模型和所述实体代码框架进行实体模型开发和装配，生成仿真PSM模型。
2.根据权利要求1所述的基于体系设计产品的仿真建模方法，其特征在于，所述通过模型要素转换映射，包括：
在系统组成视图中选取系统映射形成仿真模型体系。
3.根据权利要求2所述的基于体系设计产品的仿真建模方法，其特征在于，所述系统映射包括：
对仿真模型体系中的各个实体模型进行交互关系映射、组件信息映射和实体行为映射。
4.根据权利要求3所述的基于体系设计产品的仿真建模方法，其特征在于，所述交互关系映射具体为：
根据系统逻辑连接视图、系统物理连接视图对各个实体模型发布或订阅的交互信息进行映射，同时根据系统数据交换要求视图对各交互消息的内容格式进行映射，形成实体模型交互消息描述；
在交互消息库中根据仿真交互消息描述查找是否已有满足要求的仿真交互消息，完成已有交互消息绑定，实现交互消息复用。
5.根据权利要求3所述的基于体系设计产品的仿真建模方法，其特征在于，所述组件信息映射具体为：
在系统组成视图中获取各实体模型的下级系统信息，并根据下级系统描述将下级系统映射为组件模型体系中相应类型的组件，在系统功能分解视图中提取各下级系统相应功能并映射为组件的功能接口，在系统规则模型视图中提取各下级系统相应功能规则并映射为组件的功能规则，在系统性能参数视图中提取各下级系统相应性能参数并映射为组件的性能参数；
在组件模型库中根据组件模型描述查找是否已有满足要求的组件模型，完成已有组件模型绑定，实现组件模型复用。
6.根据权利要求3所述的基于体系设计产品的仿真建模方法，其特征在于，所述实体行为映射具体为：
在系统功能分解视图和系统规则模型视图中获取各个实体的功能信息并映射为实体的行为组件和行为规则；
在行为组件库中根据行为组件描述查找是否已有满足要求的行为组件模型，完成已有行为组件绑定，实现行为组件复用。
7.根据权利要求1所述的基于体系设计产品的仿真建模方法，其特征在于，所述基于转换映射规则构建转换映射程序完成体系设计视图到仿真模型的转换映射，包括：
在仿真实体模型库中根据所述仿真模型描述文件查找是否已有满足要求的仿真实体模型，如果在所述仿真实体模型库中已有满足所述仿真模型描述文件的仿真实体模型，则对所述已有仿真实体模型进行绑定，实现仿真实体模型的整体复用。
8.根据权利要求1所述的基于体系设计产品的仿真建模方法，其特征在于，所述组件模型包括：
机动组件、传感器组件、通信组件、武器组件、网电对抗组件、数据处理组件、行为组件和指挥决策组件。
9.根据权利要求1所述的基于体系设计产品的仿真建模方法，其特征在于，在进行实体模型开发和装配时，包括：对一个或多个组件模型进行封装，且封装过程应满足初始化功能接口、输入输出功能接口、周期触发功能接口和事件触发功能接口适配要求。
10.一种计算机可读存储介质，用于存储非暂时性计算机可读指令，当所述非暂时性计算机可读指令由计算机执行时，使得所述计算机执行上述权利要求1至9中任一项所述的基于体系设计产品的仿真建模方法。
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