CN116150872A - 复杂系统数字功能样机的建模方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

复杂系统数字功能样机的建模方法、系统、设备及存储介质 Download PDF

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夏凯
张文金
方才华
胡迟
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Abstract

本申请公开了一种复杂系统数字功能样机的建模方法、系统、设备及存储介质，方法包括：基于用户输入的建模数据构建系统状态模型；对所述系统状态模型定义系统内信息和全局信息；其中，全局信息包括全局信号和全局变量；通过模型总线与其他的系统状态模型进行所述全局信息的数据通信，以便驱动其他的系统状态模型进行数据更新，实现基于多个系统状态模型的数字功能样机的建模。实现与其他设备进行分布式建模，提高模型建模的效率。本申请还公开了一种复杂系统数字功能样机的建模装置、计算设备以及计算机可读存储介质，具有以上有益效果。

Description

复杂系统数字功能样机的建模方法、系统、设备及存储介质
技术领域
本申请涉及计算机技术领域，特别涉及一种复杂系统数字功能样机的建模方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
在系统设计领域中，针对航天、船舶等复杂系统，在设计初期，需建立型号数字样机模型，实现在设计初期即可验证复杂系统的功能及性能要求是否满足型号应用需求。
相关技术中，一般采用的建模方法采用的是统一的一体式建模方式，也就是在少数几个设备中对整体的系统进行建模。但是，由于功能样机的整体过于庞大，只能等到所有模块建模完成，才能实现整体的建模，效率低下，提高了建模的成本。
因此，如何提高针对数字样机模型进行建模的本领域技术人员关注的重点问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种复杂系统数字功能样机的建模方法、建模装置、计算设备以及计算机可读存储介质，实现与其他设备进行分布式建模，提高模型建模的效率。
为解决上述技术问题，本申请提供一种复杂系统数字功能样机的建模方法，其特征在于，包括：
基于用户输入的建模数据构建系统状态模型；
对所述系统状态模型定义系统内信息和全局信息；其中，全局信息包括全局信号和全局变量；
通过模型总线与其他的系统状态模型进行所述全局信息的数据通信，以便驱动其他的系统状态模型进行数据更新，实现基于多个系统状态模型的数字功能样机的建模。
可选的，还包括：
构建所述系统状态模型的状态跳转模型；
当执行状态跳转的操作时，基于所述状态跳转模型对所述系统内信息或所述全局信息进行变量赋值，以便驱动模型。
可选的，所述系统内信息包括系统内变量和系统内信号。
可选的，对所述系统状态模型定义系统内信息和全局信息，包括：
基于用户输入的定义信息对所述系统状态模型定义系统内信息和全局信息。
可选的，还包括：
创建用户界面；
通过所述模型总线获取各个构建系统状态模型发送的接口信息，并通过所述用户界面显示所述接口信息。
可选的，还包括：
通过所述用户界面接收操控指令；
通过所述模型总线将所述操控指令发送至对应的系统状态模型。
可选的，通过模型总线与其他的系统状态模型进行所述全局信息的数据通信，包括：
通过所述模型总线将所述全局信息发送至服务器，以便所述服务器将所述全局信息分发至对应的系统状态模型。
本申请还提供一种复杂系统数字功能样机的建模装置，包括：
模型构建模块，用于基于用户输入的建模数据构建系统状态模型；
信息定义模块，用于对所述系统状态模型定义系统内信息和全局信息；其中，全局信息包括全局信号和全局变量；
全局通信模块，用于通过模型总线与其他的系统状态模型进行所述全局信息的数据通信，以便驱动其他的系统状态模型进行数据更新，实现基于多个系统状态模型的数字功能样机的建模。
本申请还提供一种计算设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上所述的复杂系统数字功能样机的建模方法的步骤。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的复杂系统数字功能样机的建模方法的步骤。
本申请所提供的一种复杂系统数字功能样机的建模方法，包括：基于用户输入的建模数据构建系统状态模型；对所述系统状态模型定义系统内信息和全局信息；其中，全局信息包括全局信号和全局变量；通过模型总线与其他的系统状态模型进行所述全局信息的数据通信，以便驱动其他的系统状态模型进行数据更新，实现基于多个系统状态模型的数字功能样机的建模。
通过先构建系统状态模型，然后定义系统内信息和全局信息，最后通过模型总线与其他的系统状态模型进行所述全局信息的数据通信，实现了在多个模型之间进行分布式的建模，而不是在单独的设备中对多个模型进行建模，提高进行建模的效率，降低建模成本。
本申请还提供一种复杂系统数字功能样机的建模装置、计算设备以及计算机可读存储介质，具有以上有益效果，在此不作赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种复杂系统数字功能样机的建模方法的流程图；
图2为本申请实施例所提供的一种建模方法的总线结构示意图；
图3为本申请实施例所提供的一种建模方法的系统结构示意图；
图4为本申请实施例所提供的另一种建模方法的流程图；
图5为本申请实施例所提供的一种复杂系统数字功能样机的建模装置的结构示意图；
图6本申请实施例所提供的一种计算设备的结构示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种复杂系统数字功能样机的建模方法、建模装置、计算设备以及计算机可读存储介质，实现与其他设备进行分布式建模，提高模型建模的效率。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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他实施例，都属于本申请保护的范围。
相关技术中，一般采用的建模方法采用的是统一的一体式建模方式，也就是在少数几个设备中对整体的系统进行建模。但是，由于功能样机的整体过于庞大，只能等到所有模块建模完成，才能实现整体的建模，效率低下，提高了建模的成本。
因此，本申请提供一种复杂系统数字功能样机的建模方法，通过先构建系统状态模型，然后定义系统内信息和全局信息，最后通过模型总线与其他的系统状态模型进行所述全局信息的数据通信，实现了在多个模型之间进行分布式的建模，而不是在单独的设备中对多个模型进行建模，提高进行建模的效率，降低建模成本。
以下通过一个实施例，对本申请提供的一种复杂系统数字功能样机的建模方法进行说明。
请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种复杂系统数字功能样机的建模方法的流程图。
本实施例中，该方法可以包括：
S101，基于用户输入的建模数据构建系统状态模型；
本步骤旨在基于用户输入的建模数据构建系统状态模型。也就是，单个的计算设备基于用户输入的建模数据在本地进行建模，得到单个的系统状态模型。相应的，该系统状态模型中包括多个设备模型。
其中，构建系统状态模型的执行主体可以是服务器，也可以是计算机设备、还可以是移动终端。
其中，建模数据是指用户按照一定的设计需求向设备输入的建模数据。
进一步的，本步骤可以包括：
步骤1，构建系统状态模型的状态跳转模型；
步骤2，当执行状态跳转的操作时，基于状态跳转模型对系统内信息或全局信息进行变量赋值，以便驱动模型。
可见，本可选方案中主要是说明还可以构建跳转模型。本可选方案中，构建系统状态模型的状态跳转模型；当执行状态跳转的操作时，基于状态跳转模型对系统内信息或全局信息进行变量赋值，以便驱动模型。
S102，对系统状态模型定义系统内信息和全局信息；其中，全局信息包括全局信号和全局变量；
在S101的基础上，本步骤旨在对系统状态模型定义系统内信息和全局信息；其中，全局信息包括全局信号和全局变量；
其中，系统内信息包括系统内变量和系统内信号。进一步的，该系统内变量和系统内信号主要是用户该系统状态模型进行建模和模型驱动采用的变量和信号。
其中，该全局信号和全局变量用于与其他系统状态模型进行交互的变脸和信号。
进一步的，本步骤可以包括：
基于用户输入的定义信息对系统状态模型定义系统内信息和全局信息。
可见，本可选方案中主要是说明如何定义信息。本可选方案中，基于用户输入的定义信息对系统状态模型定义系统内信息和全局信息。
S103，通过模型总线与其他的系统状态模型进行全局信息的数据通信，以便驱动其他的系统状态模型进行数据更新，实现基于多个系统状态模型的数字功能样机的建模。
在S102的基础上，本步骤旨在通过模型总线与其他的系统状态模型进行全局信息的数据通信，以便驱动其他的系统状态模型进行数据更新，实现基于多个系统状态模型的数字功能样机的建模。
显然，本实施例中各个系统状态模型之间通过模型总线进行数据通信，实现了在多个设备之间进行模型之间的参数交互。而不是在单独的一个设备中进行参数交互，实现了分布式的模型交互，提高了建模的效率。
进一步的，本步骤可以包括：
通过模型总线将全局信息发送至服务器，以便服务器将全局信息分发至对应的系统状态模型。
可见，本可选方案旨在说明如何通过模型总线进行数据通信。本可选方案中，通过模型总线将全局信息发送至服务器，以便服务器将全局信息分发至对应的系统状态模型。
进一步的，本实施例可以包括：
步骤1，创建用户界面；
步骤2，通过模型总线获取各个构建系统状态模型发送的接口信息，并通过用户界面显示接口信息。
可见，本可选方案中主要是说明还可以通过用户界面进行信息显示。本可选方案中，创建用户界面；通过模型总线获取各个构建系统状态模型发送的接口信息，并通过用户界面显示接口信息。
进一步的，本实施例可以包括：
步骤1，通过用户界面接收操控指令；
步骤2，通过模型总线将操控指令发送至对应的系统状态模型。
可见，本可选方案中主要是说明还可以通过用户界面发送操控指令。本可选方案中，通过用户界面接收操控指令；通过模型总线将操控指令发送至对应的系统状态模型。
综上，本实施例通过先构建系统状态模型，然后定义系统内信息和全局信息，最后通过模型总线与其他的系统状态模型进行全局信息的数据通信，实现了在多个模型之间进行分布式的建模，而不是在单独的设备中对多个模型进行建模，提高进行建模的效率，降低建模成本。
以下通过另一具体的实施例，对本申请提供的一种复杂系统数字功能样机的建模方法做进一步说明。
请参考图2，图2为本申请实施例所提供的一种建模方法的总线结构示意图。
数字样机组成如图2所示。数字样机模型包括功能样机模型和性能样机模型，其中，本实施例中涉及的功能样机模型主要为基于SYSML语言建立的不同系统的状态机模型，而性能样机模型包括基于Simulink、Modelica、GSE等利用不同平台及方法开发的系统性能模型。数字功能样机利用自主开发的模型总线进行集成，可实现模型间的通信和数据交互，同时开发集成系统操控和显示各系统状态信息的显控终端，为用户提供验证数字样机功能及性能的操作环境。在型号设计初期，快速构建全系统功能样机模型，可有效验证各系统功能逻辑设计的合理性和正确性，进而验证总体开发需求的满足情况。
本实施例中，数字功能样机的总体开发架构呈现分布式架构。由于在实际推广应用中，各专业间存在设计壁垒，总体专业难以获取各专业的准确模型。因此，本实施例中提出一种分布式的建模方法，利用自主开发的SYSML建模工具以及模型总线工具进行开发和集成。同时提出统一的建模和接口标准，各专业模型开发人员采用标准的建模方法和接口表达，服务器端的模型总线将获取各PC端的接口信息，并以固定频率进行分发，实现模型间的实时通信。同时，根据型号实际操控和显示需求，开发显控界面，利用模型总线实时获取各模型发送的接口信息以及发布操控指令至各分系统模型，便于总体及审评人员进行功能验证。
请参考图3，图3为本申请实施例所提供的一种建模方法的系统结构示意图。
如图3所示，各专业模型开发人员在不同PC端，采用图3所示的建模方法构建各系统数字功能样机。各系统由不同的设备组成，不同的设备运行状态构成了系统运行的不同工况。系统内不同设备状态的切换，可通过信号进行控制，亦可根据参数状态进行自动控制。因此，本实施例中提出不同层级的信号和变量体系。对于系统内部，可构建仅应用于系统内的信号和变量，不对外开放；对于系统之间，可建立全局信号和全局变量，在每个模型的运行周期，与模型总线进行连接，实现实时通信。该标准模型构建方法可协助各专业人员快速构建各自所属系统的功能样机，同时由于各系统模型仅开放特定的接口信息，规避了专业知识产权的外泄，有助于联合仿真工作的推进。
请参考图4，图4为本申请实施例所提供的另一种建模方法的流程图。
可见，数字功能样机开发流程如图4所示。首先根据系统特点梳理建模所需输入信息，参考图3，以设备为单位，建立该系统状态组成模型。根据该系统设计与运行控制要求，定义用于控制状态跳转的信号量和控制变量(包括局部量和全局量)。随后在上述工作完成的基础上，根据系统及设备的运行和控制逻辑，构建状态机模型的状态跳转模型。同时，在状态跳转过程中，通过不透明动作等方式，为变量和控制变量赋值，以驱动其他模型以及更新接口参数等。各专业在完成上述状态机模型构建后，通过模型总线，分别建立各子系统间的通信数据，获取接口参数。随后，基于总体对监控和控制的要求，开发UI用户界面，并与模型总线连接。最终，在所有工作完成后进行集成和测试。
在上述说明的基础上，本实施例采用分布式架构，各专业在不同PC端，基于自主开发的SYSML建模工具，同步开展模型开发，利用模型总线，实现数据汇集和模型控制；应用统一的模型开发标准和开发框架，在输入完备的基础上，快速构建各系统状态机模型；同时，构建不同层级的信号和控制变量，明确接口参数，提高模型开发效率。
显然，本实施例提供了可标准化的开发框架和开发流程。采用分布式开发方案，可有效规避专业壁垒对集成复杂系统模型的约束和影响，通过开放标准接口参数，不同专业可同步建立各自系统的数字功能样机。同时，采用标准化的状态机模型建模方法以及标准化的信号和控制变量定义方式，可显著提升各专业建模人员的模型开发效率。
利用模型总线，将总体以及各分系统模型的控制信号和控制变量进行集成，提高模型开发和维护效率。
站在总体的视角，开发UI用户界面，可使总体设计和评审人员，通过更直观的方式，验证复杂系统功能设计的正确性，促进MBSE的推广应用。
可见，本实施例通过先构建系统状态模型，然后定义系统内信息和全局信息，最后通过模型总线与其他的系统状态模型进行全局信息的数据通信，实现了在多个模型之间进行分布式的建模，而不是在单独的设备中对多个模型进行建模，提高进行建模的效率，降低建模成本。
下面对本申请实施例提供的复杂系统数字功能样机的建模装置进行介绍，下文描述的复杂系统数字功能样机的建模装置与上文描述的复杂系统数字功能样机的建模方法可相互对应参照。
请参考图5，图5为本申请实施例所提供的一种复杂系统数字功能样机的建模装置的结构示意图。
本实施例中，该装置可以包括：
模型构建模块100，用于基于用户输入的建模数据构建系统状态模型；
信息定义模块200，用于对系统状态模型定义系统内信息和全局信息；其中，全局信息包括全局信号和全局变量；
全局通信模块300，用于通过模型总线与其他的系统状态模型进行全局信息的数据通信，以便驱动其他的系统状态模型进行数据更新，实现基于多个系统状态模型的数字功能样机的建模。
可选的，该装置还可以包括：
跳转模型构建模型，用于构建系统状态模型的状态跳转模型；当执行状态跳转的操作时，基于状态跳转模型对系统内信息或全局信息进行变量赋值，以便驱动模型。
可选的，该系统内信息包括系统内变量和系统内信号。
可选的，该信息定义模块200，具体用于基于用户输入的定义信息对系统状态模型定义系统内信息和全局信息。
可选的，该装置还可以包括：
参数显示模块，用于创建用户界面；通过模型总线获取各个构建系统状态模型发送的接口信息，并通过用户界面显示接口信息。
可选的，该装置还可以包括：
操控模块，用于通过用户界面接收操控指令；通过模型总线将操控指令发送至对应的系统状态模型。
可选的，该全局通信模块300，具体用于通过模型总线将全局信息发送至服务器，以便服务器将全局信息分发至对应的系统状态模型。
可见，本实施例通过先构建系统状态模型，然后定义系统内信息和全局信息，最后通过模型总线与其他的系统状态模型进行全局信息的数据通信，实现了在多个模型之间进行分布式的建模，而不是在单独的设备中对多个模型进行建模，提高进行建模的效率，降低建模成本。
本申请还提供了一种计算设备，请参考图6，图6本申请实施例所提供的一种计算设备的结构示意图，该计算设备可包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序时可实现如上述任意一种复杂系统数字功能样机的建模方法的步骤。
如图6所示，为计算设备的组成结构示意图，计算设备可以包括：处理器10、存储器11、通信接口12和通信总线13。处理器10、存储器11、通信接口12均通过通信总线13完成相互间的通信。
在本申请实施例中，处理器10可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、特定应用集成电路、数字信号处理器、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件等。
处理器10可以调用存储器11中存储的程序，具体的，处理器10可以执行异常IP识别方法的实施例中的操作。
存储器11中用于存放一个或者一个以上程序，程序可以包括程序代码，程序代码包括计算机操作指令，在本申请实施例中，存储器11中至少存储有用于实现以下功能的程序：
基于用户输入的建模数据构建系统状态模型；
对所述系统状态模型定义系统内信息和全局信息；其中，全局信息包括全局信号和全局变量；
通过模型总线与其他的系统状态模型进行所述全局信息的数据通信，以便驱动其他的系统状态模型进行数据更新，实现基于多个系统状态模型的数字功能样机的建模。
在一种可能的实现方式中，存储器11可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统，以及至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储使用过程中所创建的数据。
此外，存储器11可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件或其他易失性固态存储器件。
通信接口12可以为通信模块的接口，用于与其他设备或者系统连接。
当然，需要说明的是，图6所示的结构并不构成对本申请实施例中计算设备的限定，在实际应用中计算设备可以包括比图6所示的更多或更少的部件，或者组合某些部件。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时可实现如上述任意一种复杂系统数字功能样机的建模方法的步骤。
该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
对于本申请提供的计算机可读存储介质的介绍请参照上述方法实施例，本申请在此不做赘述。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本申请所提供的一种复杂系统数字功能样机的建模方法、建模装置、计算设备以及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种复杂系统数字功能样机的建模方法，其特征在于，包括：
基于用户输入的建模数据构建系统状态模型；
对所述系统状态模型定义系统内信息和全局信息；其中，全局信息包括全局信号和全局变量；
通过模型总线与其他的系统状态模型进行所述全局信息的数据通信，以便驱动其他的系统状态模型进行数据更新，实现基于多个系统状态模型的数字功能样机的建模。
2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，构建系统状态模型之后，还包括：
构建所述系统状态模型的状态跳转模型；
当执行状态跳转的操作时，基于所述状态跳转模型对所述系统内信息或所述全局信息进行变量赋值，以便驱动模型。
3.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述系统内信息包括系统内变量和系统内信号。
4.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，对所述系统状态模型定义系统内信息和全局信息，包括：
基于用户输入的定义信息对所述系统状态模型定义系统内信息和全局信息。
5.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，还包括：
创建用户界面；
通过所述模型总线获取各个构建系统状态模型发送的接口信息，并通过所述用户界面显示所述接口信息。
6.根据权利要求5所述的建模方法，其特征在于，还包括：
通过所述用户界面接收操控指令；
通过所述模型总线将所述操控指令发送至对应的系统状态模型。
7.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，通过模型总线与其他的系统状态模型进行所述全局信息的数据通信，包括：
通过所述模型总线将所述全局信息发送至服务器，以便所述服务器将所述全局信息分发至对应的系统状态模型。
8.一种复杂系统数字功能样机的建模装置，其特征在于，包括：
模型构建模块，用于基于用户输入的建模数据构建系统状态模型；
信息定义模块，用于对所述系统状态模型定义系统内信息和全局信息；其中，全局信息包括全局信号和全局变量；
全局通信模块，用于通过模型总线与其他的系统状态模型进行所述全局信息的数据通信，以便驱动其他的系统状态模型进行数据更新，实现基于多个系统状态模型的数字功能样机的建模。
9.一种计算设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的复杂系统数字功能样机的建模方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的复杂系统数字功能样机的建模方法的步骤。
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