一种基于SysML的数字孪生模型四维度表达方法技术

本发明专利技术涉及一种基于SysML的数字孪生系统四维度表达方法，包括步骤S1

【技术实现步骤摘要】
一种基于SysML的数字孪生模型四维度表达方法


[0001]本专利技术涉及一种数字孪生模型四维度表达方法，具体涉及一种基于SysML的数字孪生模型四维度表达方法。

技术介绍

[0002]数字孪生通常由物理实体、虚拟映射和两者之间的数据连接组成，其核心本质是构建一个结合虚拟数据和真实数据的大规模异构多源网络物理数据集成系统，用以反映相应物理实体的实际情况。在现有的大部分对数字孪生系统进行描述和应用的文章中，对数字孪生模型的构建思路和方法研究较多，也尝试运用SysML语言描述数字孪生系统的模型组成和行为，然而并没有形成一种统一的数字孪生系统表达方式，难以对系统设计进行可视化，不便于相关者之间的沟通。
[0003]数字孪生系统的工作过程需要大量的模型交互和数据流通，涉及到的模型一般是多维、多尺度、多学科和多物理参数建立的动态虚拟模型，流通的数据和参数通常也是不同格式和属性的。数字孪生系统离不开数据和模型的融合，因此大量的研究工作都投入到了数字孪生系统的建模方法中。由于数字孪生建模方法和建模对象逐渐丰富，孪生模型建模后需要在计算机中进行通用的表达，使得模型在后续重用和修改优化时更加方便，同时使利益相关者的沟通更加简洁高效。因此，本专利技术重点解决数字孪生系统统一的表达和组织问题，提出基于SysML的数字孪生系统四维度表达方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：针对目前数字孪生模型表达方法的研究不足，通过对模型进行多角度的定义，展示模型之间的交互方式和内容，实现对数字孪生模型的统一表达、组织和管理。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]一种基于SysML的数字孪生系统四维度表达方法，其特征在于：包括步骤S1
‑
步骤S4；
[0007]步骤S1：基于SysML的数字孪生系统需求维表达；
[0008]步骤S2：基于SysML的数字孪生系统模型组成维表达；
[0009]步骤S3：基于SysML的数字孪生系统行为维表达；
[0010]步骤S4：基于SysML的数字孪生系统连接维表达；
[0011]其中：步骤S1包括步骤S11
‑
步骤S13；
[0012]步骤S11：对需求的内容及编号进行定义；步骤S12：定义用于满足各需求的领域模型；步骤S13：表达系统中的所有用例，包括系统提供的外部可见服务、各项服务间的层次关系以及触发和参与用例的执行者；
[0013]其中：步骤S2包括步骤S21
‑
步骤S25；
[0014]步骤S21：表达模型的名称；步骤S22：通过建立模型之间的泛化及组合关联关系表
达模型的类型：步骤S23：表达模型内部的操作；步骤S24：表达模型与外部交互的接口；步骤S25：表达模型的关键参数；
[0015]步骤S21具体实施方式为：模型的名称通过模块<Block>的命名表示；将模块划分为3个分隔框，3个分隔框分别为<operation>，<ports>，<attribute>；
[0016]步骤S22具体实施方式为：模型所属的类型通过模块之间的泛化关系表示；泛化关系表达两个模型间的继承关系；组合关联表达孪生模型结构上的分解，组合端的模型由组成端的模型组合而成；
[0017]步骤S23实施方式为：用模块的<operation>分割框定义模型的内部操作；将数字孪生系统的动作行为表示为一个三元组，记为A＝(M，D，O)；M为动作产生的对象，即数字孪生系统组成中的各个模型，M＝{x
ij
，p
ij
，f
ij
丨i＝1,2,3，j＝1,2,...,n},x,p,f分别表示信息模型(IM)，机理模型(PM)和领域模型(FM),i表示全生命周期的三个阶段：设计阶段，制造阶段和运维阶段，j为模型的编号；D为动作发生过程中传递的各种信息数据形成的集合，表示为{d
ij
丨i,j＝1,2,...,n}；O表示模型发出的动作，包括输入，输出，计算，生成；
[0018]步骤S24实施方式为：模型与外部交互的接口采用模块的<ports>分割框定义；具体包含以下四种端口：数据采集人员端口、建模者端口、使用人员端口以及系统内部端口；端口服务于模型和人员之间的连接，将在数字孪生系统的连接维表达中调用；
[0019]步骤S25实施方式为：模型中的关键参数采用模块的<attribute>分割框定义，将孪生系统运行过程中需要进行采集和传递的参数、可判断孪生系统已完成步骤的标志性参数定义为模型中的关键参数；
[0020]其中，步骤S3包括步骤S31
‑
步骤S33；
[0021]步骤S31：表达数字孪生系统中各个模型的行为内容；步骤S32：表达各行为的输入输出对象及其流动方向；步骤S33：表达各行为隶属的模型；
[0022]其中，步骤S4包括步骤S41
‑
步骤S42；
[0023]步骤S41：表达每个模块与外部连接的端口及连接的对象；步骤S42：表达关键参数数值及参数传递方向。
[0024]优选的，步骤S11的实施方式为：采用需求图中的<Requirement>表达数字孪生系统的需求的名称，<Requirement>有两种属性：id和text；id用于表达需求的编号，text用于表达需求的内容。
[0025]优选的，步骤S12的实施方式为：采用模块图中的<Block>定义领域模型，并通过关系连线与其满足的领域模型需求相关联。
[0026]优选的，步骤S13的实施方式为：在用例图中表达数字孪生系统提供的所有系统用例，即系统要执行的功能，至少包括：获取运行数据，构建孪生模型，执行仿真分析。
[0027]优选的，步骤S31实施方式为：行为内容用活动图中的<Action>表达；<Action>代表某种类型的处理或者转换，<Action>在系统操作过程中活动被执行的时候发生。
[0028]优选的，步骤S32实施方式为：活动中流动的对象用<Object Node>表示，流动的方向用<Object Flow>关系表示。
[0029]优选的，步骤S33实施方式为：各行为隶属的模型通过<Partition>进行表示；<Partition>的命名即为其所代表的模型的名称，在<Partition>中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SysML的数字孪生系统四维度表达方法，其特征在于：包括步骤S1
‑
步骤S4；步骤S1：基于SysML的数字孪生系统需求维表达；步骤S2：基于SysML的数字孪生系统模型组成维表达；步骤S3：基于SysML的数字孪生系统行为维表达；步骤S4：基于SysML的数字孪生系统连接维表达；其中：步骤S1包括步骤S11
‑
步骤S13；步骤S11：对需求的内容及编号进行定义；步骤S12：定义用于满足各需求的领域模型；步骤S13：表达系统中的所有用例，包括系统提供的外部可见服务、各项服务间的层次关系以及触发和参与用例的执行者；其中：步骤S2包括步骤S21
‑
步骤S25；步骤S21：表达模型的名称；步骤S22：通过建立模型之间的泛化及组合关联关系表达模型的类型：步骤S23：表达模型内部的操作；步骤S24：表达模型与外部交互的接口；步骤S25：表达模型的关键参数；步骤S21具体实施方式为：模型的名称通过模块<Block>的命名表示；将模块划分为3个分隔框，3个分隔框分别为<operation>，<ports>，<attribute>；步骤S22具体实施方式为：模型所属的类型通过模块之间的泛化关系表示；泛化关系表达两个模型间的继承关系；组合关联表达孪生模型结构上的分解，组合端的模型由组成端的模型组合而成；步骤S23实施方式为：用模块的<operation>分割框定义模型的内部操作；将数字孪生系统的动作行为表示为一个三元组，记为A＝(M，D，O)；M为动作产生的对象，即数字孪生系统组成中的各个模型，M＝{x
ij
，p
ij
，f
ij
丨i＝1,2,3，j＝1,2,...,n},x,p,f分别表示信息模型(IM)，机理模型(PM)和领域模型(FM),i表示全生命周期的三个阶段：设计阶段，制造阶段和运维阶段，j为模型的编号；D为动作发生过程中传递的各种信息数据形成的集合，表示为{d
ij
丨i,j＝1,2,...,n}；O表示模型发出的动作，包括输入，输出，计算，生成；步骤S24实施方式为：模型与外部交互的接口采用模块的<ports>分割框定义；具体包含以下四种端口：数据采集人员端口、建模者端口、使用人员端口以及系统内部端口；端口服务于模型和人员之间的连接，将在数字孪生系统的连接维表达中调用；步骤S25实施方式为：模型中的关键参数采用模块的<attribute>分割框定义，将孪生系统运行过程中需要进行采集和传递的参数、可判断孪生系统已完成步骤的标志性参数定义为模型中的关键参数；其中，步骤S3包括步骤S31
‑
步骤S33；步骤S31：表达数字孪生系统中各个模型的行为内容；步骤S32：表达各行为的输入输出对象及其流动方向；步骤S33：表达各行为隶属的模型；其中，步骤S4包括步骤S41
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【专利技术属性】
技术研发人员：丁国富，仲江南，张越宏，袁昭成，郑庆，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：