CN116414376B - 一种基于通用建模语言的领域元模型构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于通用建模语言的领域元模型构建方法，包括以下步骤：从领域资源库中提取领域概念；为领域概念选择语义最相近的通用建模语言的元模型作为领域元模型的基础模板，并在基础模板上完善领域元模型的语义信息；设计领域元模型在建模软件中的显示风格；为领域元模型绑定业务层级和/或应用场景。该方法以将领域知识合理表达，提升领域系统的设计效率和设计质量。

Description

一种基于通用建模语言的领域元模型构建方法

技术领域

本发明属于信息技术领域，具体涉及一种基于通用建模语言的领域元模型构建方法。

背景技术

系统工程是以最优方式运行系统为目的，对系统的组成要素、组织结构、信息流、控制机构等进行分析研究的科学方法。它运用各种组织管理技术，使系统的整体与局部之间的关系协调和相互配合。按系统工程思想，虽然每个系统都由许多不同的特殊功能部件所组成，但这些功能部件间存在着相互关系，从而使得每个系统都是一个完整的整体，都有一个或多个目标。系统工程则是按照各个目标进行权衡，去全面求得最优解，从而使各组成部分最大限度地互相适应，实现总体的最优运行。

然而，随着系统复杂性的不断增加，尤其是对系统开发质量以及开发周期的要求不断提高，以往基于文档的系统工程方法已越来越无法满足要求，MBSE正成为系统设计的基础。MBSE从需求阶段开始即通过模型(而非文档)的不断演化、迭代递增而实现产品的系统设计，具有显著的优势，如：通过模型的形式化定义可以清晰地刻画产品设计初期在结构、功能与行为等各个方面的需求；基于模型可以及早模拟分析发现大量不合理的设计方案；同时模型还为用户提供了一个公共通用的设计信息交流平台。

由于受到软硬件环境的限制，MBSE在早期并未取得突破性进展。受软件工程巨大成功的影响，自系统建模语言(Systems Modeling Language,SysML)被提出，MBSE得到了前所未有的发展。SysML是一种图形建模语言，主要用来对系统进行结构、行为、需求与属性进行建模。其支持对包含硬件、软件、过程、控制等在内的复杂系统进行说明、分析、设计、验证与确认。

元模型被称为模型的模型，是模型构建的基础。它描述了建模语言的构件及其之间的关系、约束和建模规则。作为一种通用建模语言，SysML语言虽然可以用于复杂装备的建模，但由于建模均使用SysML元模型，语义语法都比较复杂，与领域知识结合不够紧密，建模门槛颇高，且难以保证能够应用SysML模型正确表达领域知识。

将领域知识与通用建模语言的元模型相结合，可以构建出领域元模型。采用领域元模型与采用通用建模语言的元模型的建模过程基本一致，二者所建的模型也承载相同的系统设计信息。区别主要体现在两方面，一是解析模型的数据需要以元模型为单位，不同的元模型解析方式不同；二是领域知识被封装在领域元模型内部，减少了学习和应用成本，降低了建模门槛，且能够保证所建模型正确表达领域知识。

基于此，迫切需求基于通用建模语言来构建领域元模型以正确表达领域知识。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供一种基于通用建模语言的领域元模型构建方法，以将领域知识合理表达，提升领域系统的设计效率和设计质量。

为实现上述发明目的，实施例提供的一种基于通用建模语言的领域元模型构建方法，包括以下步骤：

从领域资源库中提取领域概念；

为领域概念选择语义最相近的通用建模语言(如系统建模语言SysML等)的元模型作为领域元模型的基础模板，并在基础模板上完善领域元模型的语义信息；

设计领域元模型在建模软件中的显示风格；

为领域元模型绑定业务层级和/或应用场景。

在一个可选的实施例中，所述从领域资源库中提取领域概念，包括：

从领域资源库中提取满足领域建模需要的完整且正确的实体实例；

对实体实例进行聚类和综合分析，明确实体实例的共性特征，并根据共性特征由实体实例向领域实体层级进行抽象，获取领域实体；

对领域实体进行聚类和综合分析，明确领域实体的共性特征，并根据共性特征由领域实体向领域概念层级进行抽象，获取领域概念。

在一个可选的实施例中，所述领域资源库包括领域相关的技术文件、标准规范、规章制度和学术文献。

在一个可选的实施例中，所述为领域概念选择语义最相近的通用建模语言的元模型作为领域元模型的基础模板，并在基础模板上完善领域元模型的语义信息，包括：

(a)结合领域业务需求，将能够作为领域元模型基础模板的通用建模语言的元模型进行梳理，获取领域元模型的模型元素基础模板、模型元素关系基础模板；

(b)根据领域概念，从梳理的通用建模语言的元模型中筛选与领域概念语义最相近的元模型，将该元模型对应的模型元素基础模板或模型元素关系基础模板作为基础模板，并将基础模板与代表领域元模型的构造类型元素通过关系进行绑定，如果基础模板为构造类型，则关系为领域元模型的构造类型与基础模板的构造类型之间的泛化关系，如果基础模板为基类，则关系为领域元模型的构造类型与基础模板的基类之间的扩展关系；

(c)在基础模板上完善领域元模型的语义信息，该语义信息包括属性信息和约束信息。

在一个可选的实施例中，所述属性信息包括基础模板的原有属性信息，通过直接继承方式获得，还包括根据业务需求对原有属性信息的重新定义，还包括领域概念特有的属性信息，通过在构造类型元素内创建新属性来表示。

在一个可选的实施例中，所述约束信息包括基础模板的原有约束信息，通过直接继承方式获得，还包括领域概念特有的约束信息，通过在构造类型元素内创建新约束来表示。

在一个可选的实施例中，所述显示风格包括图标、形状、颜色、字体以及属性显示形式等。

在一个可选的实施例中，所述为领域元模型绑定业务层级，包括：

绑定方式一：通过创建领域元模型与业务层级之间的第一映射关系来为领域元模型绑定业务层级；或，

绑定方式二：通过创建领域元模型与应用场景之间的第二映射关系、应用场景与业务层级之间的第三映射关系后，通过两个映射关系的映射传递为领域元模型绑定业务层级；

所述为领域元模型绑定应用场景，包括：

通过创建领域元模型与应用场景之间的第二映射关系来为领域元模型绑定应用场景。

在一个可选的实施例中，所述创建领域元模型与业务层级之间的第一映射关系，包括：设定业务层级为领域元模型的使用范围，以建立第一映射关系；

所述创建领域元模型与应用场景之间的第二映射关系，包括：将领域元模型绑定到应用场景对应视图的工具栏上，以建立第二映射关系；

所述应用场景对应视图与业务层级之间的第三映射关系，包括：设定业务层级为应用场景对应视图的使用范围，以建立第三映射关系。

在一个可选的实施例中，为领域元模型绑定业务层级时，根据领域元模型与业务层级中应用场景的映射数量，选择不同的映射方式，

当领域元模型与业务层级中具有映射关系应用场景比例大于阈值时，则通过绑定方式一为领域元模型绑定业务层级；

当领域元模型与业务层级中具有映射关系的应用场景比例小于等于阈值时，则通过绑定方式二为领域元模型绑定业务层级。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果至少包括：

将领域知识与通用建模语言的元模型相结合形成领域元模型，可以确保领域知识在领域元模型中能够正确表达，利用该领域元模型进行系统建模时，一方面可以降低系统建模的门槛；另一方面由于领域知识已经被封装在领域元模型内部，因而很容易支持基于模型的领域知识重用，进而提高设计效率和设计质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是实施例提供的一种基于通用建模语言的领域元模型构建方法的流程图；

图2是实施例提供的从领域资源库中捕获实体实例流程图；

图3是实施例提供的领域元模型与业务层级的绑定流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

如图1所示，实施例提供了一种基于通用建模语言的领域元模型构建方法，包括以下步骤：

步骤1，从领域资源库中提取领域概念。

实施例中，领域资源库包括本领域相关的技术文件、标准规范、规章制度和学术文献等。从领域资源库中抽取领域知识，领域知识是由诸多领域术语组成的，因此领域术语作为领域知识的一部分，也是领域知识表达的基本单元，同时也是构建领域元模型的基础。

领域术语分为三个层次：领域概念、领域实体与实体实例，下层概念是上层概念的实例，具体包括：领域概念：表示领域的通用概念，其属性的不同取值用于区分不同的实体类型；领域实体：由领域概念实例化而来的某个具体的实体，其属性的不同取值用于区分不同的实体实例；实体实例：组成系统的某个具体的实例，其属性具有固定的取值。实体实例之间的关系与领域实体之间的关系包括但不限于关联、泛化和依赖。

基于包含领域知识的领域资源库，从领域资源库中提取领域概念，包括以下步骤：

(a)从领域资源库中提取满足领域建模需要的完整且正确的实体实例，如图2所示，包括以下过程：

(a-1)通过查询本单位的技术文件、规章制度等领域资源库，对实体实例进行初步捕获，捕获完毕后，对捕获结果进行细致梳理，确保知识正确、逻辑自洽；

(a-2)查询外单位提供的标准规范、学术文献等领域资源库，捕获其中实体实例；

(a-3)将通过步骤(a-2)捕获的实体实例与步骤(a-1)捕获的实体实例进行对比验证，如果发现实体实例体现的领域知识内容不一致或者出现矛盾相悖的问题，需要返回步骤(a-1)对有问题知识进行修改和完善，以保证实体实例的准确性，如果步骤(a-2)捕获的实体实例与步骤(a-1)捕获的实体实例无法对应，需要返回步骤(a-1)对领域知识进行重新捕获；

(a-4)重复步骤(a-3)直到实体实例内容正确完整且不存在矛盾与遗漏为止后，组织领域专家对领域知识的实体实例进行调整并确定最终实体实例。

(b)对实体实例进行聚类和综合分析，明确实体实例的共性特征，并根据共性特征由实体实例向领域实体层级进行抽象，获取领域实体。

(c)对领域实体进行聚类和综合分析，明确领域实体的共性特征，并根据共性特征由领域实体向领域概念层级进行抽象，获取领域概念。

步骤2，为领域概念选择语义最相近的通用建模语言的元模型作为领域元模型的基础模板，并在基础模板上完善领域元模型的语义信息。

实施例中，首先，结合领域业务需求，将能够作为领域元模型基础模板的通用建模语言的元模型进行梳理，获取领域元模型的模型元素基础模板、模型元素关系基础模板。

然后，分析领域概念语义，根据领域概念，从梳理的通用建模语言的元模型中筛选与领域概念语义最相近的元模型，将该元模型对应的模型元素基础模板或模型元素关系基础模板作为基础模板，并将基础模板与代表领域元模型的构造类型元素通过关系进行绑定。

其中，用于绑定的关系包括两种形式：如果基础模板为构造类型，则关系为领域元模型的构造类型与基础模板的构造类型之间的泛化关系，如果基础模板为基类，则关系为领域元模型的构造类型与基础模板的基类之间的扩展关系。

为了完善领域元模型的语义，还需要根据领域特点，结合工程实际情况，添加领域元模型的语义信息，该语义信息包括属性信息与约束信息。其中，属性信息来源于两方面：一方面来自于领域元模型的基础模板，创建关系后可以直接继承基础模板的原有属性信息，同时可根据业务需要对原有属性信息进行重新定义以表达领域知识；另一方面来自于领域概念特有的属性信息，通过在构造类型元素内创建新属性来表示。

约束信息同样来源于两方面：一方面来自于领域元模型的基础模板，创建关系后可以直接继承基础模板的原有约束信息；另一方面来自于领域知识中领域概念特有的约束信息，通过在构造类型元素内创建新约束来表示。

步骤3，设计领域元模型在建模软件中的显示风格。

实施例中，显示风格表示领域元模型在建模软件中的显示效果，显示风格包括图标、形状、颜色、字体以及属性显示形式等。为不同种领域元模型在建模软件中设置不同的显示风格，有助于快速识别元素类型，便于领域专家高效沟通讨论。

步骤4，为领域元模型绑定业务层级和/或应用场景，完成基于通用建模语言的领域元模型的构建。

实施例中，对于同一系统的不同业务层级，应用不同应用场景对其进行表达，可以解决不同领域专家对设计系统需求的差异化问题。在不同的业务层级中，不同领域专家关注的信息之间往往具有很大的差别。同一种领域元模型，在某些业务层级中可以帮助领域专家进行更高效地系统设计，而在其他业务层级中却无法提供帮助，甚至会造成干扰和误导。因此，为了更好地使用领域元模型进行建模，更大地发挥出其在业务层级中的价值，在领域元模型与业务层级和应用场景之间创建映射关系，明确领域元模型的使用边界，限定领域元模型的应用范围。

实施例中，使用应用场景对应视图表示元素信息可视化的形式，包括但不限于图、表和矩阵。

实施例中，通过构建映射关系为领域元模型绑定业务层级，包括：

绑定方式一：通过创建领域元模型与业务层级之间的第一映射关系来为领域元模型绑定业务层级，具体包括但不限于设定业务层级为领域元模型的可使用范围，以建立第一映射关系；或，

绑定方式二：通过创建领域元模型与应用场景之间的第二映射关系、应用场景与业务层级之间的第三映射关系后，通过两个映射关系的映射传递为领域元模型绑定业务层级，这样通过“领域元模型-应用场景-业务层级”的映射关系传递实现领域元模型与业务层级的间接绑定。具体包括但不限于将领域元模型绑定到应用场景对应视图的工具栏上，以建立第二映射关系。具体包括但不限于设定业务层级为应用场景的可使用范围，以建立第三映射关系。

实施例中，还通过构建映射关系为领域元模型绑定应用场景，包括：

通过创建领域元模型与应用场景之间的第二映射关系来为领域元模型绑定应用场景。

实施例中，为领域元模型绑定业务层级时，根据领域元模型与业务层级中应用场景的映射数量，选择不同的映射方式，如图3所示，当领域元模型与业务层级中具有映射关系应用场景比例大于阈值时，则通过绑定方式一为领域元模型绑定业务层级；当领域元模型与业务层级中具有映射关系的应用场景比例小于等于阈值时，则通过绑定方式二为领域元模型绑定业务层级。其中，阈值根据需求自行设计。

经过上述步骤1-步骤4，即可完成领域元模型的创建。其后，可以组织领域专家采用构建好的领域元模型进行系统模型构建，收集意见与建议，据此对领域元模型进行不断迭代与优化。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于通用建模语言的领域元模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

从领域资源库中提取领域概念；

为领域概念选择语义最相近的通用建模语言的元模型作为领域元模型的基础模板，并在基础模板上完善领域元模型的语义信息；

设计领域元模型在建模软件中的显示风格；

为领域元模型绑定业务层级和/或应用场景，其中，为领域元模型绑定业务层级，包括：绑定方式一：通过创建领域元模型与业务层级之间的第一映射关系来为领域元模型绑定业务层级；或，绑定方式二：通过创建领域元模型与应用场景之间的第二映射关系、应用场景与业务层级之间的第三映射关系后，通过两个映射关系的映射传递为领域元模型绑定业务层级；为领域元模型绑定应用场景，包括：通过创建领域元模型与应用场景之间的第二映射关系来为领域元模型绑定应用场景。

2.根据权利要求1所述的基于通用建模语言的领域元模型构建方法，其特征在于，所述从领域资源库中提取领域概念，包括：

从领域资源库中提取满足领域建模需要的完整且正确的实体实例；

对实体实例进行聚类和综合分析，明确实体实例的共性特征，并根据共性特征由实体实例向领域实体层级进行抽象，获取领域实体；

对领域实体进行聚类和综合分析，明确领域实体的共性特征，并根据共性特征由领域实体向领域概念层级进行抽象，获取领域概念。

3.根据权利要求1或2所述的基于通用建模语言的领域元模型构建方法，其特征在于，所述领域资源库包括领域相关的技术文件、标准规范、规章制度和学术文献。

4.根据权利要求1所述的基于通用建模语言的领域元模型构建方法，其特征在于，所述为领域概念选择语义最相近的通用建模语言的元模型作为领域元模型的基础模板，并在基础模板上完善领域元模型的语义信息，包括：

(a)结合领域业务需求，将能够作为领域元模型基础模板的通用建模语言的元模型进行梳理，获取领域元模型的模型元素基础模板、模型元素关系基础模板；

(b)根据领域概念，从梳理的通用建模语言的元模型中筛选与领域概念语义最相近的元模型，将该元模型对应的模型元素基础模板或模型元素关系基础模板作为基础模板，并将基础模板与代表领域元模型的构造类型元素通过关系进行绑定，如果基础模板为构造类型，则关系为领域元模型的构造类型与基础模板的构造类型之间的泛化关系，如果基础模板为基类，则关系为领域元模型的构造类型与基础模板的基类之间的扩展关系；

(c)在基础模板上完善领域元模型的语义信息，该语义信息包括属性信息和约束信息。

5.根据权利要求4所述的基于通用建模语言的领域元模型构建方法，其特征在于，所述属性信息既包括基础模板的原有属性信息，通过直接继承方式获得，也包括根据业务需求对原有属性信息的重新定义，还包括领域概念特有的属性信息，通过在构造类型元素内创建新属性来表示。

6.根据权利要求4所述的基于通用建模语言的领域元模型构建方法，其特征在于，所述约束信息包括基础模板的原有约束信息，通过直接继承方式获得，还包括领域概念特有的约束信息，通过在构造类型元素内创建新约束来表示。

7.根据权利要求1所述的基于通用建模语言的领域元模型构建方法，其特征在于，所述显示风格包括图标、形状、颜色、字体以及属性显示形式等。

8.根据权利要求1所述的基于通用建模语言的领域元模型构建方法，其特征在于，所述创建领域元模型与业务层级之间的第一映射关系，包括：设定业务层级为领域元模型的使用范围，以建立第一映射关系；

所述创建领域元模型与应用场景之间的第二映射关系，包括：将领域元模型绑定到应用场景对应视图的工具栏上，以建立第二映射关系；

所述创建应用场景与业务层级之间的第三映射关系，包括：设定业务层级为应用场景对应视图的使用范围，以建立第三映射关系。

9.根据权利要求1所述的基于通用建模语言的领域元模型构建方法，其特征在于，为领域元模型绑定业务层级时，根据领域元模型与业务层级中应用场景的映射数量，选择不同的映射方式，

当领域元模型与业务层级中具有映射关系应用场景比例大于阈值时，则通过绑定方式一为领域元模型绑定业务层级；

当领域元模型与业务层级中具有映射关系的应用场景比例小于等于阈值时，则通过绑定方式二为领域元模型绑定业务层级。