一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法技术方案

技术编号:22330395 阅读:31 留言:0更新日期:2019-10-19 12:19
本发明专利技术提出了一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法,步骤A:分析建模对象;步骤B:建立基于MBSE的体系模型组;步骤C:转化体系模型为超网络模型。本发明专利技术结合MBSE和多层超网络的优点,运用MBSE规范化、完整化地建立体系模型组,在此基础上形成一个超网络模型,便于体系架构设计与优化人员对体系实施定量评估、统计分析、预测推理、动态管理,对体系能力提升提供了良好的支持。

A system modeling method based on model system engineering and super network theory

【技术实现步骤摘要】
一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法
本专利技术提出了一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法,它涉及一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法,属于系统工程领域。
技术介绍
20世纪以来,随着应用需求的日益复杂,仅通过对系统重复叠加功能的设计方式使得系统结构日益臃肿,系统的可靠性与效率皆无法有效保证,基于体系工程的设计思维应运而生。体系工程是由多个系统或复杂系统组合而成的大规模的系统组合,通过对一组系统进行合理组合配置实现宏观维度上的能力涌现,以完成通过机械地堆叠系统无法实现的能力。体系工程的应用场景也覆盖军事、政府和商业各个领域,如指挥、控制、通信、计算机、情报及监视与侦察(C4ISR)体系、物流运输体系、市政基础设施体系等。由于体系中各子系统拓扑结构复杂、能力涌现、宏观层面存在功能进化等问题,为了更好地理解、分析、设计体系,如何有效建立可以从多个视角下全面描述体系内部交互机理的模型是亟待解决的问题。针对以上问题,现有的方法主要为运用体系结构框架对体系进行建模。体系结构框架是体系的基本组织和结构,为规范、全面、准确地从多个视角、多个层次对体系进行描述提供了指导原则和程序,而基于模型系统工程(MBSE)为实例化体系结构框架的有效工具。MBSE以易于理解的格式来组织和显示数据,其核心为MBSE建模语言、MBSE建模方法和MBSE建模工具,针对体系结构描述需求对原有的统一建模语言(UML)进行扩展与重用,形成MBSE在系统工程应用背景下的标准建模语言sysML,综合了面向对象方法和面向过程方法的体系描述的优点,解决了体系的结构描述、行为描述、属性描述等多重需求。sysML建模语言包含行为模型、结构模型和需求模型,对行为模型细分还包含活动图、序列图、状态图和用例图,对结构模型细分还包含块定义图、内部块图、包图等,具有模块化、层次化等特性,具有较强的可视性,便于相关研究人员对体系架构进行规范化开发,但对于定量分析计算具有大量子部件、部件间拓扑结构交联耦合的体系结构的性能指标,MBSE没有提供有效的建模语言。复杂网络理论作为一种抽象描述具有巨大规模的复杂系统结构与交互规律的模型方法,对于解决这个问题提供了一种新的解决思路。超网络模型是复杂网络理论中的一种模型,相比于MBSE建模语言具有较多的数学工具对其进行量化统计分析。通过对MBSE建模后的多视角下的体系进行抽象转化为超网络模型,具有多层多级网络嵌套的特征,可以如实反映体系结构的实际拓扑结构和逻辑关系。本专利技术主要对如何对体系建立更易进行量化计算的模型提出了一套解决方案,首先遵循体系结构框架运用MBSE,建立基于MBSE的多视角下的体系模型组,然后针对每个视角下的体系模型,理解抽象体系模型中的节点连边关系,实现每个体系的超网络模型转化,最后分析各个视角间的体系模型映射关系,对已生成的体系超网络模型组进行组合,最终生成体系结构的多层超网络模型。本专利技术采用的MBSE和多层超网络的体系结构建模方法,结合MBSE和多层超网络的优点,运用MBSE规范化、完整化地建立体系模型,再结合多层超网络转化建立的体系模型,最终形成体系结构的多层超网络模型,便于运用数学工具量化分析体系结构的指标。
技术实现思路
本专利技术主要提供一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法。现有的体系建模方法主要单一地在体系结构框架的指导下运用MBSE进行构建,虽满足了规范化、全面化和准确度,但MBSE建模语言和工具较难提供定量分析能力,特别是针对具有大量部件、部件间交互复杂的体系模型。于是我们提出一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法。针对以上的技术问题以及本专利技术的目的,本文提出了一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法,方案包括如下部分:(一)专利技术目的针对现有技术中存在的缺陷,本专利技术的目的在于提供一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法,在考虑到体系结构复杂,现有基于MBSE建立的体系模型较难支持定量评估、统计分析、预测推理、动态管理等体系管理需求,采用本专利技术提出的基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法,结合MBSE和多层超网络的优点,运用MBSE规范化、完整化地建立体系模型组,在此基础上形成一个超网络模型,便于体系架构设计与优化人员对体系实施定量评估、统计分析、预测推理、动态管理,对体系能力提升提供了良好的支持。(二)技术方案为了实现上述目的,本专利技术的方法所采用的技术方案是:一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法。本专利技术一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法,其步骤如下:步骤A:分析建模对象;步骤B:建立基于MBSE的体系模型组;步骤C:转化体系模型为超网络模型。其中,步骤A中所述的“建模对象”,其具体含义为:需要建立超网络模型进行后续分析的体系结构;在步骤A中所述的“分析建模对象”,包括以下步骤:步骤A1:选取适宜的体系结构框架;步骤A2:明确体系结构框架下建模对象待分析的视角;步骤A3:确定待分析视角下建模对象的模型;其中,在步骤A1中所述的“体系结构框架”,其具体含义为:体系结构框架是体系结构开发的顶层、全面、通用的规范性描述,为构建、分类和组织体系结构提供了指南和规则,本质上来说,是规范化设计体系结构的工具,常见的体系结构框架有美国国防部体系结构框架(DoDAF)、英国国防部体系结构框架(MODAF)、北约体系结构框架等,各体系结构框架的侧重点各有不同;其中,在步骤A1中所述的“选取适宜的体系结构框架”,其具体做法如下:根据体系的应用场景,选取合适的体系结构框架用来指导体系结构的构建及后续体系结构与功能的性能指标优化;其中,在步骤A2中所述的“视角”,其具体含义为:观察、描述、分析体系结构的观点和角度,为了全方位、标准化、系统化描述体系结构,体系结构框架提供了多种观测分析体系结构的视角,如DoDAF提供了8个视角,分别为全景、能力、数据和信息、作战、计划、服务、标准和系统,不同视角间存在分层,各层之间相互支撑的关系;其中,在步骤A2中所述的“明确体系结构框架下建模对象待分析的视角”,其具体做法如下:根据实际工程应用的需求,探究需要对建模对象进行分析的视角;体系结构框架提供了全面的视角,可以从多层次、多维度地分析体系结构,但全面的视角存在着部分模型交叠重复,且完全按照体系结构框架分析体系结构的所有方面工程浩大,故在实际工程应用中,分析体系结构的性能时常见的方法是关注主要矛盾,从体系结构框架的全部视角下抽取与需求最相关的几个视角进行重点分析;其中,在步骤A3中所述的“模型”,其具体含义为:将描述模型与体系结构数据相结合,用于规范化组织和描述体系结构框架的某个视角下体系结构最值得关注和分析的特征量;每个模型所描述的侧重点各有不同,常见的模型如DoDAF中作战视角下高级作战概念图即OV-1用于宏观描述作战概念、作战活动分解树即OV-5a用于按照层次结构描述组织的活动等;其中,在步骤A3中所述的“确定待分析视角下建模对象的模型”,其具体做法如下:根据实际工程应用的需求,探究待分析视角下建模对象进行所需要的模型;体系结构框架的每个视角下都提供了多种模型,这些模型所关注的侧重点皆不相同,故在实际工程应用中,需从中挑选实际所需的模型进行建本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法,其特征在于:其步骤如下:步骤A:分析建模对象;步骤B:建立基于MBSE的体系模型组;步骤C:转化体系模型为超网络模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法,其特征在于:其步骤如下:步骤A:分析建模对象;步骤B:建立基于MBSE的体系模型组;步骤C:转化体系模型为超网络模型。2.根据权利要求1所述的一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法,其特征在于:在步骤A中所述的“建模对象”,其具体含义为:需要建立超网络模型进行后续分析的体系结构;所述的“分析建模对象”,包括以下步骤:步骤A1:选取适宜的体系结构框架;步骤A2:明确体系结构框架下建模对象待分析的视角;步骤A3:确定待分析视角下建模对象的模型;其中,在步骤A1中所述的“体系结构框架”,其具体含义为:体系结构框架是体系结构开发的顶层、全面、通用的规范性描述,为构建、分类和组织体系结构提供了指南和规则,本质上来说,是规范化设计体系结构的工具,常见的体系结构框架有美国国防部体系结构框架即DoDAF、英国国防部体系结构框架即MODAF和北约体系结构框架,各体系结构框架的侧重点各有不同;其中,在步骤A1中所述的“选取适宜的体系结构框架”,其具体做法如下:根据体系的应用场景,选取合适的体系结构框架用来指导体系结构的构建及后续体系结构与功能的性能指标优化;其中,在步骤A2中所述的“视角”,其具体含义为:观察、描述、分析体系结构的观点和角度,为了全方位、标准化、系统化描述体系结构,体系结构框架提供了多种观测分析体系结构的视角,如DoDAF提供了8个视角,分别为全景、能力、数据和信息、作战、计划、服务、标准和系统,不同视角间存在分层,各层之间相互支撑的关系;其中,在步骤A2中所述的“明确体系结构框架下建模对象待分析的视角”,其具体做法如下:根据实际工程应用的需求,探究需要对建模对象进行分析的视角;体系结构框架提供了全面的视角,能从多层次、多维度地分析体系结构,但全面的视角存在着部分模型交叠重复,且完全按照体系结构框架分析体系结构的所有方面工程浩大,故在实际工程应用中,分析体系结构的性能时常见的方法是关注主要矛盾,从体系结构框架的全部视角下抽取与需求最相关的几个视角进行重点分析;其中,在步骤A3中所述的“模型”,其具体含义为:将描述模型与体系结构数据相结合,用于规范化组织和描述体系结构框架的一个视角下体系结构最值得关注和分析的特征量;每个模型所描述的侧重点各有不同,常见的模型如DoDAF中作战视角下高级作战概念图即OV-1用于宏观描述作战概念、作战活动分解树即OV-5a用于按照层次结构描述组织的活动;其中,在步骤A3中所述的“确定待分析视角下建模对象的模型”,其具体做法如下:根据实际工程应用的需求,探究待分析视角下建模对象进行所需要的模型;体系结构框架的每个视角下都提供了多种模型,这些模型所关注的侧重点皆不相同,故在实际工程应用中,需从中挑选实际所需的模型进行建模分析。3.根据权利要求1所述的一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法,其特征在于:在步骤B中所述的“建立基于MBSE的体系模型组”,其具体含义为:运用MBSE对步骤A2明确的视角及步骤A3确定的模型建立体系模型;包括以下步骤:步骤B1:利用MBSE建模方法分析体系结构机理;步骤B2:建立MBSE建模语言与步骤A3所确定模型的映射关系;步骤B3:运用MBSE建模工具生成体系模型组;其中,在步骤B1中所述的“利用MBSE建模方法分析体系结构机理”,其具体做法如下:在步骤A2所明确的视角下运用MBSE建模方法分解分析体系结构,获取构建步骤A3所确定的模型所需的体系结构间组成关系和动态运行原理,为后续构建体系模型提供原理层支撑;其中,在步骤B2中所述的“建立M...

【专利技术属性】
技术研发人员:李大庆孙鹏飞
申请(专利权)人:北京航空航天大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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