CN116610380A - 一种支持异构建模工具数据互操作性的SysML模型协同开发系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持异构建模工具数据互操作性的SysML模型协同开发系统，包括：SysML开发插件，用于支持建模工具与模型存储库之间数据交互；异构模型合并组件，用于支持将模型数据文件中的公有部分合并到模型存储库，支持将公有部分和私有部分组合为完整的模型数据文件；模型存储库，用于统一存储模型数据，并支持模型数据上传和下载；模型展示模块，设于Web端，能够对模型存储库中的模型数据进行图形化展示。本发明能够解决异构SysML建模工具的模型数据源不统一、不同建模工具之间的模型数据格式一致性等问题，改善异构SysML建模工具的协同设计过程。

Description

一种支持异构建模工具数据互操作性的SysML模型协同开发 系统

技术领域

本发明涉及基于模型的系统工程(MBSE)领域，具体涉及一种支持异构建模工具数据互操作性的SysML模型协同开发系统。

背景技术

随着高端装备的规模和复杂性的显著增长，以及计算机及信息技术的发展，大规模的利用面向对象、图形化、可视化的系统建模语言来描述系统成为一种主要的技术发展趋势，这使得模型在装备研发工作中所占的应用比重也越来越大。

MBSE作为一种新的产品范式，通过正规化模型的方式来表达产品的需求、功能、架构等，并将这些模型作为主要方式描述系统的组成，以支撑以架构为中心的，涵盖工程、制造、生产和集成等产品研发各环节的协同业务过程。目前国内在MBSE领域从单点应用，到局部推广，再到行业级的全面推广，对MBSE技术的应用已日渐成熟。对于MBSE行业级的应用，需要由众多的企业共同完成，无论是企业内部不同的项目之间，还是企业和企业之间，基于统一的IT信息架构，采用同一种SysML建模工具和软件的统一版本，对于软件的兼容性和数据的互操作性来说理想的。由于市场上SysML建模工具众多，各企业受各方面因素的影响，在工具选型上存在差异，导致MBSE模型的多样性，严重制约了行业级的MBSE协同。

目前的做法是各SysML建模工具制造商以自己的软件为中心，通过定制化开发来读取第三方SysML建模工具开发的模型信息，并按照自己的数据结构进行展示。然而，由于各软件制造商设计理念不同，底层采用的开发技术不同，对外开放的接口有限，不能完全的解析其他建模工具的模型数据。另一方面，SysML模型包含了非常复杂的模型语义，模型与建模工具之间具有内在紧密的关联，导致模型数据传递过程中可能丢失对产品设计非常重要的数据信息，对产品的质量造成重大的隐患。同时，由于工具制造商自身原因，目前的SysML建模工具只支持异构模型的导入，不支持导出为异构模型，工程应用价值有限。

总之，这种以某一建模工具为核心，将其他建模工具的模型导入到工具中的方式，对异构SysML建模工具的交互能力支持力度有限，不符合行业级MBSE协同的要求。需要构建更加全面、更加紧密的异构建模工具协同开发平台，以确保从用户到主设计制造商，再到配套产品设计制造商模型的连续性传递和一致性追溯，从而实现行业级的联合论证、联合设计，快速应对外部需求的动态变化，提升先进装备的研发进度，实现装备研制的快速迭代和设计优化。

发明内容

本发明的目的是提供一种跨工具的MBSE模型协同方案，该方式能够解决异构SysML建模工具的模型数据源不统一、不同建模工具之间的模型数据格式一致性等问题，实现异构模型的转换、合并，并实现模型数据的统一存储和展示。

本发明的技术方案为：一种支持异构建模工具数据互操作性的SysML模型协同开发系统，包括：

SysML开发插件，用于支持建模工具与模型存储库之间数据交互；

异构模型合并组件，用于支持将模型数据文件中的公有部分合并到模型存储库，支持将公有部分和私有部分组合为完整的模型数据文件；

模型存储库，用于统一存储模型数据，并支持模型数据上传和下载；

模型展示模块，设于Web端，能够对模型存储库中的模型数据进行图形化展示。

进一步的，所述SysML开发插件用于：

通过调用本地SysML建模工具客户端的API接口进而遍历并获取本地所有模型元素；

支持将本地模型元素转化为JSON格式的数据文件；

通过访问模型存储库，获取模型存储库中的项目、项目的模型工程结构和模型元素，通过对比本地模型数据，检查并标记模型更新的信息；

提供模型还原服务，能够将模型存储库中的模型元素信息，根据统一模型元素规则将模型数据文件的公共和私有部分转化为客户端本地的模型工程。

进一步的，所述异构模型合并组件用于：

按照SysML语言规范，将SysML开发插件提交的JSON格式的数据文件分为公有部分和私有部分，其中私有部分是通过各异构建模工具所建立的模型中扩展和完善SysML语言规范在异构工具中设计和描述的模型信息；

按照元模型规范，对公有部分进行元模型的语义映射和语法转换，构建以元模型为底层语义的模型数据文件，从而实现对异构模型中公有部分的同构化；

将与某一模型工程相关的公有部分JSON数据和该工程模型中与建模工具相关的私有部分JSON数据合并，并传递给SysML开发插件。

进一步的，所述模型存储库，用于：

支持项目的创建和项目分支的创建：

支持模型的检入功能，按照工程树结构存储和记录公有部分的模型数据；

提供模型的版本基线管理，并将异构模型合并组件每次提交的模型更新数据文件覆盖模型存储库中原有的内容；

存储和记录异构建模工具私有部分的数据文件。

支持模型的检出功能，能够依据SysML开发插件的请求将与某一模型工程相关的公有部分JSON数据和该工程模型中与建模工具相关的私有部分JSON数据发送给异构模型合并组件。

进一步的，所述模型展示模块设于Web端，用于：

将图形数据以树结构进行组织，通过资源管理池统一调配；

将SysMLDI对象转化为视图层可以表示的DG图形数据对象；

通过调用资源管理池的DG图形数据对象，自动绘制并展示到Web端界面。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果至少包括：

本发明将异构SysML建模工具所建立的模型以统一规范进行语义映射、语法转换，并统一存放在模型存储库中，能够解决异构SysML模型不统一、数据兼容性差等问题，从而显著提高异构SysML建模工具的交互能力，支持各设计单位进行模型的调用和数据的共享，从而支持行业级的MBSE协同设计。

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部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明实施例提供的支持异构建模工具数据互操作性的SysML模型协同开发平台的技术架构图；

图2是本发明实施例提供的模型开发插件功能架构图；

图3是本发明实施例提供的异构模型合并组件的技术原理图；

图4是本发明实施例提供的Ecore元模型子集；

图5是本发明实施例提供的模型存储库的数据结构示意图；

图6是本发明实施例提供的基于Web的模型展示模块的技术架构图；

图7是本发明实施例提供的Web端模型图形坐标系；

图8是本发明的系统框图。

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。

由于系统的复杂性，往往要由众多的企业共同参与装备系统的研制，因此需要实现用户/主设计制造商/配套产品设计制造商的多层级跨企业的MBSE协同设计，实现体系/飞机/系统/子系统/设备多层级跨企业的MBSE协同研发，基于统一的数字系统模型，打通异构SysML建模工具的数据链路，实现异构模型的统一管理和一致性表达，支持装备系统各层级设计过程的敏捷迭代。

因此，本发明采用了一种支持异构建模工具数据互操作性的SysML模型协同开发系统，如图1、8所示，主要包含SysML开发插件、异构模型合并组件、模型存储库、基于Web的模型展示模块。SysML模型协同开发平台采用前后端分离的微服务架构和B/S+C/S混合模式，支持SpringCloud，能够满足云平台部署的需要，异构模型合并组件、模型存储库部署在服务端，为模型协同开发提供模型数据管理服务，SysML开发插件安装在客户端SysML建模工具里面，基于Web的模型展示模块使用户能够通过客户端浏览器查看模型存储库中的模型。

如图2所示，SysML开发插件(即模型开发插件)作为不同建模工具与模型存储库之间的桥梁，包括插件底层服务和插件服务。其中，插件底层服务包括封装底层API、生成对应客户端模型元素的模型对象等功能，插件服务包括界面服务、比对服务、模型服务。

SysML开发插件通过访问建模工具接口遍历本地模型元素，通过封装工具底层JAVA-API将建模人员本地创建的项目及模型元素信息转化为对应工具底层模型元素的数据传输对象DTO，封装为符合模型存储库接口要求的JSON格式的数据文件。

SysML开发插件通过调用模型存储库接口，查询项目信息、项目分支信息和版本信息，获取模型存储库中相关的所有模型元素JSON文件。

调用SysML开发插件的模型比对服务，比对出客户端和模型存储库之间模型信息之间的差异，并在SysML开发插件工作界面上显示数据差异，包括创建、修改和删除的模型元素，再将更新的模型元素JSON上传到服务端的异构模型合并组件。

通过封装工具底层JAVA-API，SysML开发插件可以将获得的某分支的所有模型元素JSON文件转化为本地客户端建模工具底层模型元素的DTO，然后再转化为本地的模型工程，从而实现模型元素的重建和模型图的重绘。

如图3所示，由不同建模工具创建的模型转化的JSON数据文件，例如A工具的json文件，B工具的JSON文件等，除了包含符合MOF规则的属性信息，还包括建模工具特有的属性信息，为了增加异构工具的数据互操作性，SysML开发插件提交的模型数据文件要经过异构模型合并组件拆分为公共部分和私有部分，然后再更新到模型存储库。同样，SysML开发插件要将模型存储库中的模型元素还原为本地建模工具的模型工程文件，需要通过异构模型合并组件合并组件将公有部分和私有部分组合，然后传递给SysML开发插件进行模型还原。

MOF定义了描述元模型的语言，异构建模工具模型的统一表征语言元模型采用MOF规范来定义。如图4所示，Ecore元模型作为元模型描述的一种Java实现，包含了用来描述元模型的4个Ecore类，其中，EClass用来表示建模类，EAttribute用来表示模型属性，EReference用来表示类之间关联的一端，EDataType用来表示属性的类型。使用Ecore中定义的类实例来描述系统架构元模型的类结构。通过对MOF规范的实例和扩展，可以此为基础形成统一表征语言元模型。

异构模型合并组件采用XMLDTD来描述SysML的元模型库，根据XMI交换规范将SysML开发插件提交的JSON文件转化为使用XML语言描述的系统模型元模型。根据metaClass类型，将系统模型元模型与SysML的元模型库中的元模型进行映射，通过匹配属性键和系统模型元模型属性键，记录能够映射的属性键值对，并记录不能配对的属性键值，形成符合MOF规则的属性和SysML建模工具特有的属性集合，从而实现将SysML开发插件提交的模型数据分解为公有部分和私有部分。

异构模型合并组件将公有部分和私有部分的元模型转化为JSON文件，并将公有部分的JSON文件上传到模型存储库中并更新原有内容，私有部分的JSON文件单独存储。

当SysML开发插件向模型存储库提出模型检出请求时，异构模型合并组件将模型存储库中检出的JSON文件转化为XML格式的元模型，再根据metaClass类型，将公有部分按照属性键值对映射为SysML模型元素的JSON文件，并与私有部分的JSON文件组合为本地建模工具可读取的JSON文件。

模型存储库是模型协同的核心，作为模型存储及交互中心，能够高效的完成模型元数据的存储与检索，并做到各项目之间、各项目分支之间的数据隔离。

如图5所示，模型存储库采用mysql+elasticsearch架构，利用elasticsearch存储模型的JSON元数据，采用mysql存储项目信息及模型元素的唯一id与es的id映射关系数据提高检索与更新效率。为实现各项目、各分支之间数据隔离，mysql端按项目id创建项目分支分表存储分支信息、创建项目分支元素表存储模型元素id、es文档id等映射信息，elasticsearch端按项目创建索引存储模型元数据。

模型存储库通过web端创建项目，在mysql端往项目表中新增项目信息，自动创建master分支表及master分支元素表，并在elasticsearch端创建项目索引；在web端创建分支时，mysql端创建开发分支表及开发分支元素表。SysML开发插件可根据元数据id、项目id、分支id、提交commitId条件进行联合检索，快速获取模型存储库中相应的数据。

当异构模型合并组件向模型存储库提交数据时，对于公有部分新增的数据，模型存储库生成本次提交的commitId，mysql端项目分支元素表存储元数据的id、commitId、elasticsearch存储的docId等信息，elasticsearch端在该项目索引下存储本次元数据全量信息、版本信息、提交的commitId等；对于修改的数据，服务端生成本次提交的commitId，mysql端项目分支元素表修改元数据对应的commitId、elasticsearch存储的docId等信息，elasticsearch端在该项目索引下存储本次元数据全量信息、版本信息、提交的commitId等；对于删除的数据，服务端生成本次提交的commitId，mysql端项目分支元素表修改元数据对应的commitId并将deleted改为true。对于私有部分，模型存储库生成本次提交的commitId，mysql端项目分支元素表存储元数据的id、commitId、elasticsearch存储的docId等信息，elasticsearch端在该项目索引下存储本次元数据全量信息和提交的commitId等。

如图6所示，基于Web的模型展示模块借助SysMLDI的逻辑结构来组织模型，依据转换/映射规范将模型图形语法映射为DG对象，通过资源管理池管理并驱动模型图形元素的显示。

基于Web的模型展示模块的数据源来自模型存储库，SysML语言规范在M2层提供了抽象语法模型(SysML元素)、SysML图交换模型(SysMLDI)，以及SysMLDI和图形模型(DG)之间的映射规范三个规范，映射/转换规范主要负责从SysML元素和SysMLDI元素再到视图层支持显示的GraphDataStructure的属性映射和转换。

资源管理池为所有的元素记录一个唯一guid，所有图形元素的外部引用都会抽象为一个字符串形式的guid，视图层通过一个定长的字符串就能表明所代表的模型对象，每一个guid都会对应一个模型图形和样式对应的Json资源，并通过元素的modelElement获取到对应的模型元素。

如图7所示，Web模型图形模型数据类型主要包括根节点、普通节点、端口、边、图。Web端模型图形绘制时，模型元素以根节点的左上角为坐标原点，模型图中所有元素的坐标原点都为模型图的左上角；边的源和目标以连接关系的源和目标为坐标，拐点坐标将根节点作为参考坐标系，以根节点的左上角为坐标原点；节点为端口或者其他节点的子节点、包含节点，以父节点或者附着节点的左上角为坐标原点，通过调用封装的布局算法插件，输出尽可合理的界面布局位置和可能的节点大小方案。

实施例提出的支持异构建模工具数据互操作性的SysML模型协同实现方式，能够在保证轻量化、微服务的条件下，显著提高异构SysML建模工具的交互能力，保证模型的唯一性和不同建模工具数据的一致性。相比现有的技术，本发明提出的解决方案更具有兼容性和可扩展性，支持异构SysML模型的统一管理，支持不同设计单位的数据共享，实现行业级的MBSE协同设计。

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 (5)

1.一种支持异构建模工具数据互操作性的SysML模型协同开发系统，其特征在于，包括：

SysML开发插件，用于支持建模工具与模型存储库之间数据交互；

异构模型合并组件，用于支持将模型数据文件中的公有部分合并到模型存储库，支持将公有部分和私有部分组合为完整的模型数据文件；

模型存储库，用于统一存储模型数据，并支持模型数据上传和下载；

模型展示模块，设于Web端，用于对模型存储库中的模型数据进行图形化展示。

2.根据权利要求1所述的支持异构建模工具数据互操作性的SysML模型协同开发系统，其特征在于，所述SysML开发插件用于：

通过调用本地SysML建模工具客户端的API接口进而遍历并获取本地所有模型元素；

支持将本地模型元素转化为JSON格式的数据文件；

通过访问模型存储库，获取模型存储库中的项目、项目的模型工程结构和模型元素，通过对比本地模型数据，检查并标记模型更新的信息；

提供模型还原服务，能够将模型存储库中的模型元素信息，根据统一模型元素规则将模型数据文件的公共和私有部分转化为客户端本地的模型工程。

3.根据权利要求1所述的支持异构建模工具数据互操作性的SysML模型协同开发系统，其特征在于，所述异构模型合并组件用于：

按照SysML语言规范，将SysML开发插件提交的JSON格式的数据文件分为公有部分和私有部分，其中私有部分是通过各异构建模工具所建立的模型中扩展和完善SysML语言规范在异构工具中设计和描述的模型信息；

按照元模型规范，对公有部分进行元模型的语义映射和语法转换，构建以元模型为底层语义的模型数据文件，从而实现对异构模型中公有部分的同构化；

将与某一模型工程相关的公有部分JSON数据和该工程模型中与建模工具相关的私有部分JSON数据合并，并传递给SysML开发插件。

4.根据权利要求1所述的支持异构建模工具数据互操作性的SysML模型协同开发系统，其特征在于，所述模型存储库，用于：

支持项目的创建和项目分支的创建：

支持模型的检入功能，按照工程树结构存储和记录公有部分的模型数据；

提供模型版本的基线管理，并将异构模型合并组件每次提交的模型更新数据文件覆盖模型存储库中原有的内容；

存储和记录异构建模工具私有部分的数据文件；

支持模型的检出功能，能够依据SysML开发插件的请求将与某一模型工程相关的公有部分JSON数据和该工程模型中与建模工具相关的私有部分JSON数据发送给异构模型合并组件。

5.根据权利要求1所述的支持异构建模工具数据互操作性的SysML模型协同开发系统，其特征在于，所述模型展示模块设于Web端，用于：

将图形数据以树结构进行组织，通过资源管理池统一调配；

将SysMLDI对象转化为视图层可以表示的DG图形数据对象；

通过调用资源管理池的DG图形数据对象，自动绘制并展示到Web端界面。