一种面向MBCPSE的IVCPS组件化建模方法

本发明属于组件化建模，具体涉及一种面向mbcpse的ivcps组件化建模方法。

背景技术：

1、国内外学者对面向对象的cps建模进行了探索性的研究。2001年omg(对象管理组织)提出了模型驱动的体系架构(mda)，mda是一个基于uml(统一建模语言)、mof(元建模机制)、xmi(可扩展标志语言)等建模方法的开放型框架，支持采用可视化的方式进行模型的构建。在mda的推动下，出现了支持cps协同设计的各种建模和验证方法。2013年西北工业大学杨刚等人结合cps异构性的特点，提出了一种结构行为协同建模方法，通过结构模型与行为模型的绑定操作，将两类模型进行关联，并实现对异构模型的支持。2013年美国休斯顿大学walid taha教授及其研究团队提出了混成系统的建模和验证方法，采用连续函数对连续系统建模，并进行离散化仿真，同时设计研发了一种基于模型的混合系统开发环境acumen，其建立了一套文本建模语言，拥有精确完整的语法和语义，可以实行混合系统的精准描述，对物理世界的变化进行严格的仿真，但目前此方法存在一定的缺陷，对于大型cps建模有一定的局限性。

2、然而cps系统涉及不同的领域，领域之间模型在语义语法上是异构的，而且同领域内也存在不同建模语言以及建模工具，因此现有的方法很难将整个系统用一种统一的建模方式进行刻画。且不同于一般性复杂系统，ivcps复杂性由单体复杂变成多体复杂，带来了对象数量庞大，包含要素多的问题，需要采用层次化、组件化的方式对系统进行建模。在面向mbcpse的ivcps组件化建模方法相关研究，目前国内外相关报道以及资料较少。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种面向mbcpse的ivcps组件化建模方法。本发明旨在解决现有方法难以用一种统一的建模方式刻画整个系统，具有局限性的问题。

2、为达到上述目的，本发明提供了一种面向mbcpse的ivcps组件化建模方法，包括以下步骤：

3、s1.分析cps的要素构成；

4、s2.通过cps要素构建cps原子组件；

5、s3.通过cps原子组件，实例化得到ivcps原子组件；

6、s4.通过ivcps原子组件，实例化得到ivcps复合组件；

7、s5.基于ivcps原子组件和ivcps复合组件，通过泛化组合的方式构建不同时空尺度下的各类子系统或模型，再由模型组合构建ivcps复杂大系统或可拓展模型集。

8、进一步，所述步骤s1中，cps的要素分为物理实体、数字虚体和控制实体。

9、进一步，所述步骤s2，通过cps要素构建cps原子组件的具体步骤如下：

10、s2.1基于cps要素重新定义cps原子组件的基本结构，所述cps原子组件的基本结构包括：端口、属性和行为；

11、端口分为物理端口和cyber端口；

12、属性分为物理信息和cyber信息；

13、行为分为p2p关系、c2c关系、p2c关系以及c2p关系；

14、s2.2依据不同行为属性对cps原子组件进行分类，所述cps原子组件分为物理组件、cyber组件、p2c组件、c2p组件；

15、这样更能体现cps整个系统之间的交互、闭环以及完整性。

16、进一步，所述步骤s3，通过cps原子组件，得到实例化ivcps原子组件的具体步骤如下：

17、s3.1基于步骤s2.2的cps原子组件类，通过泛化的方式得到ivcps原子组件类；

18、其中，cps原子组的物理组件泛化为物理环境、物理系统，cyber组件泛化为数据、模型，p2c组件泛化为传感器、变送器、数字化器件，c2p组件泛化为执行器；

19、s3.2对ivcps系统进行时空尺度划分，分为节点级、单元级、子系统级、系统级、区域级；

20、s3.3在ivcps不同时空尺度下，通过泛化继承的方式，追溯相应尺度下的ivcps原子组件。

21、进一步，所述步骤s4，通过ivcps原子组件，实例化得到ivcps复合组件的具体步骤如下：

22、s4.1定义ivcps复合组件组成结构，包括物理组件、cyber组件、p2c组件、c2p组件、复合组件；

23、s4.2依据ivcps不同时空尺度，ivcps原子组件通过关联泛化的方式得到ivcps复合组件实例化；

24、所述ivcps复合组件实例化分为：车辆实体、车辆虚体、边缘云cyber、区域云cyber、中心云cyber。

25、本发明的有益效果在于：

26、1、本发明公开了一种面向mbcpse的ivcps组件化建模方法，本发明基于cps要素基本构成，将ivcps系统层次架构分为三层：physical层、cyber层、physical/cyber层，定义了四类不同行为属性的cps原子组件，实现了不可再分的逻辑上的最小原子行为，cps原子组件通过泛化继承的方式构造ivcps原子组件，ivcps原子组件通过泛化组合构造ivcps复合组件，本发明提出的组件化建模方法，对于以后车辆以及交通领域建模具备着更好的工程实现意义。

27、2、本发明公开了一种统一的建模方式，能够对ivcps不同领域中的复杂对象进行统一建模，对整个混成系统进行精确描述；同时，本发明方法能有效梳理ivcps复杂大系统内各要素关联特征，解构系统耦合规律，形成了高内聚、低耦合的系统模型拆分技术，实现ivcps的多层次模型描述，能提高ivcps组件建模效率，增强组件模型的可重用性。

28、3、本发明能够为四类不同行为属性的cps原子组件定义一致性描述的语义语法规则，实现ivcps对于连续系统模型、离散系统模型以及连续离散融合模型的描述，解决混成系统模型与模型之间一致性问题；同时本发明构建的ivcps原子组件以及复合组件具有开放性，实现了ivcps原子组件的不断更新迭代，使得组件模型随着时间的推移变得更加丰富。

29、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究，对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种面向mbcpse的ivcps组件化建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种面向mbcpse的ivcps组件化建模方法，其特征在于：所述步骤s1中，cps的要素分为物理实体、数字虚体和控制实体。

3.根据权利要求2所述的一种面向mbcpse的ivcps组件化建模方法，其特征在于：所述步骤s2，通过cps要素构建cps原子组件的具体步骤如下：

4.根据权利要求3所述的一种面向mbcpse的ivcps组件化建模方法，其特征在于：所述步骤s3，通过cps原子组件，得到实例化ivcps原子组件的具体步骤如下：

5.根据权利要求4所述的一种面向mbcpse的ivcps组件化建模方法，其特征在于：所述步骤s4，通过ivcps原子组件，实例化得到ivcps复合组件的具体步骤如下：

技术总结
本发明公开了一种面向MBCPSE的IVCPS组件化建模方法，包括以下步骤：分析CPS的要素构成；通过CPS要素构建CPS原子组件；通过CPS原子组件，实例化得到IVCPS原子组件；通过IVCPS原子组件，实例化得到IVCPS复合组件；基于IVCPS原子组件和IVCPS复合组件，通过泛化组合的方式构建不同时空尺度下的各类子系统或模型，再由模型组合构建IVCPS复杂大系统或可拓展模型集。本发明的组件化建模方法，能够有效梳理IVCPS复杂大系统内各要素关联特征，解构系统耦合规律，形成了高内聚、低耦合的系统模型拆分技术，实现IVCPS的多层次模型描述，能提高IVCPS组件建模效率，增强组件模型的可重用性。

技术研发人员：赵敏,孙棣华,马骏
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15