基于扩展概念图的复杂机电系统概念设计模型验证

发布时间：2017-03-27 21:10

  本文关键词：基于扩展概念图的复杂机电系统概念设计模型验证，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着机电产品功能要求的日益复杂,机电系统的设计也变得越来越有挑战性。在整个设计过程中,模型已经取代文档成为了系统工程问题求解的媒介,模型验证成为了设计过程中的重要一步。模型验证可以帮助发现设计错误,降低开发成本,提高开发效率,并且提高系统可靠性。模型验证贯穿在整个设计过程中,和设计同步进行。先设计再验证的方法忽视了早期设计阶段的验证,直到设计后期才能发现设计缺陷。和这种方式相比,验证与设计同步可以及早发现设计错误,并提高并发度。机电系统的设计过程通常包括需求分析,概念设计,结构设计以及详细设计,其中概念设计是整个设计过程中最为关键的一步,它基本上决定了设计的主要架构。概念设计从用户需求开始,经过功能分解,原理解搜索,机构系统方案设计等过程,得到概念设计模型,是一个极富创造力的过程。概念设计阶段产生的缺陷在后续过程中很难得到纠正,因此概念设计的正确与否至关重要。近年来,模型验证受到的重视度不断增加,针对不同领域的模型验证,新的标准和方法不断地被提出。但就系统工程中机电系统的概念设计模型而言,现有方法对其形式化验证的支持尚少。本文结合SysML,基于扩展概念图提出了一套针对概念设计模型验证的思路。主要工作如下：(1)本文分析了ISO/IEC 24707标准中的概念图,给出了基于SysML的扩展概念图表示。概念图是ISO/IEC 24707标准中通用逻辑(Common Logic)推荐的三种语言之一,具有较强的表达能力。概念图有较多扩展表达形式,不同的形式适用于不同的应用场景。本文针对SysML的特点给出了一种扩展概念图的定义,并定义了基于该扩展形式的概念图投影,以支持概念设计验证。(2)针对需求中的静态属性,本文提出了基于关系的形式化需求表示语言ROSP。需求是一种半结构化的信息,为了能让计算机能够处理这种信息,需要将需求分解成属性。现有属性建模语言,如LTL,CTL和PSL等对静态属性的建模过于复杂,建模者需要一定的专业技术和经验。因此本文针对需求中的静态属性给出了一种轻量级的形式化表示方式。(3)在上述工作的基础上,本文给出了基于扩展概念图投影的完整验证流程。定义了验证过程中需要的本体信息,对模型转换和概念图投影提供支持。给出了从ROSP模型到扩展概念图的转换方法及从SysML设计模型到扩展概念图的转换方法,并对模型转换中的类型确定问题给出了一种解决方案。定义了能够表示验证结果的扩展概念图投影输出形式以及其生成方式。根据投影结果,可以判断原始需求中静态属性是否通过验证。
【关键词】：SysML ISO/IEC 24707 系统工程 扩展概念图投影 模型验证
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 引言13-14
• 1.2 系统工程和系统建模语言14-16
• 1.3 模型验证概述16-19
• 1.4 概念设计概述19-20
• 1.5 概念图概述20-23
• 1.5.1 简单概念图定义21-22
• 1.5.2 简单概念图投影22-23
• 1.6 本文研究目标和主要内容23-25
• 第2章 扩展的概念图25-33
• 2.1 引言25
• 2.2 扩展概念图定义25-26
• 2.3 扩展概念图依赖的知识26-27
• 2.4 扩展概念图投影定义27-30
• 2.5 扩展概念图中的本体30-31
• 2.5.1 概念类型集合30
• 2.5.2 关系类型集合30-31
• 2.5.3 扩展概念图映射集合31
• 2.6 扩展概念图投影的等价表示31-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第3章 面向关系的静态需求表示语言33-48
• 3.1 引言33
• 3.2 ROSP概述33-35
• 3.3 ROSP语法规则和组件35-37
• 3.4 知识库37-40
• 3.4.1 类型关系知识38
• 3.4.2 类型-类型映射38-40
• 3.5 ROSP重写40-42
• 3.6 ROSP解析42-47
• 3.7 本章小结47-48
• 第4章 面向概念设计的模型验证48-57
• 4.1 引言48
• 4.2 验证流程48
• 4.3 概念化过程48-50
• 4.4 建模过程50
• 4.5 验证过程50-56
• 4.5.1 概念设计模型转换50-54
• 4.5.2 ROSP模型转换54
• 4.5.3 ROSP概念图到设计模型概念图的投影54-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第5章 系统实现与实例57-68
• 5.1 引言57
• 5.2 MagicDraw插件机制57-58
• 5.3 系统实现58-61
• 5.4 交通灯系统概念设计验证61-67
• 5.4.1 交通灯系统介绍63-65
• 5.4.2 交通灯系统模型转换结果65-66
• 5.4.3 交通灯系统扩展概念图投影结果66-67
• 5.5 本章小结67-68
• 第6章 总结与展望68-70
• 6.1 本文工作总结68-69
• 6.2 未来工作展望69-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果74-75
• 致谢75

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