[發明專利]一種多域系統的設計和優化方法

無效

• 申請號: 201210408717.0
• 申請日: 2012-10-23
• 公開（公告）號: CN102890740A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 劉玉生;袁文強
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 葉志堅

技術領域

本發明涉及系統工程技術領域，具體涉及多域系統的設計和優化的方法。

背景技術

所謂系統,是指由相互關聯、相互制約、相互作用的一些部分所組成的具有某種功能的有機整體。系統工程是以系統理論為依據,以整個系統為研究對象,從全局統一考慮,運用運籌學、概率學與統計學、控制論、信息論、管理學、經濟學及計算機科學等科學理論與方法去權衡解決問題,實現系統整體性價比最優的一門學科。在系統工程初期階段,系統產生的信息均是以文檔的形式來描述和記錄,但是隨著系統的規模和復雜程度的不斷提高,這種基于文檔的系統工程面臨的困難越來越突出,如信息表示不準確,容易產生歧義、難以從海量文檔中查找所需信息、無法與其他工程領域的設計相銜接(如軟件、機械、電子等)。為了解決這些問題,基于模型的系統工程MBSE(Model?Based?Systems?Engineering)便產生了,這也正是未來系統工程發展的必然趨勢。

基于模型的系統工程MBSE與傳統的基于文檔的系統工程最顯著的區別在于，在MBSE中，系統設計開發過程中的所有信息均是以模型來表示。這種方法具有如下幾個優點：

知識表示的無二義性，模型是一種高度形式化的表示方法，它具有模塊化、無歧義、可重用等優點，采用模型可以準確統一地表示系統的各個方面，如功能、結構、行為等。

便于交流和傳播，由于開發團隊以及項目參與者的分散性，系統相關信息需要在不同人群之間進行交流和傳播。由于模型本身的精確性，它在不同涉眾之間建立起了無二義的交流規則，使得不同人對同一模型具有統一的理解。

支持信息的轉換，系統生命周期中包含著許多信息轉換過程，如設計人員需要根據需求信息產生系統的設計。基于模型的表示使得信息轉換能夠更加方便甚至自動化進行，如從設計模型生成仿真模型從而便于對設計的驗證。

支持模型的集成，模型可以清晰地表示各種信息之間的關系，這不僅使得系統層的需求模型、結構模型、行為模型可以有機地聯系在一起，也使得各領域的詳細設計模型可以與抽象的系統層模型之間建立關聯，從而支持各種模型的集成。

MBSE因為其優點而正被系統設計者廣泛地采用，為了支持MBSE，國際系統工程學會（International?Council?of?Systems?Engineering，INCOSE）和對象管理組織（Object?Management?Group，OMG）聯合提出了系統建模語言（Systems?Modeling?Language，SysML），SysML是一種通用的針對系統工程應用的建模語言，它可以支持包含硬件、軟件、信息等多領域系統的描述、設計、分析、驗證等。基于標準系統建模語言SysML，系統設計人員可以基于統一的圖表如結構圖表、行為圖表和參數圖方便地表達其設計意圖。

但其設計結果是否滿足要求、是否為最優則不是設計建模能完成的任務，必須通過優化過程來完成。目前，在多域復雜產品的系統設計層面，系統設計與系統優化還是分為兩個不同過程、應用不同軟件平臺來實現的，其中需要經過數據的轉換與重新建模，十分費時費力且易出錯，因此，如何在系統設計過程中支持相關設計信息的提取并構建正式系統優化模型、然后將其自動傳遞給優化工具、從而實現系統的自動優化仍然是一個開放的問題，沒有解決。

發明內容

本發明的目的是解決系統設計建模和系統優化的集成問題，在系統設計過程中完成相關設計信息的提取并構建系統優化模型，從而能實現系統的優化。

一種多域系統的設計和優化方法，包括步驟：

基于系統建模語言SysML對系統優化方法進行形式化表示，并使用SysML擴展機制定義系統設計模型的表示規范；

根據待設計和優化的多域系統功能需求分析，基于所述表示規范建立系統設計模型，自動提取系統優化模型；

調用所述的系統優化方法對所述系統優化模型進行自動求解，并將優化結果返回到系統設計模型，根據優化結果對系統設計模型進行優化。

其中，所述系統設計模型的表示規范包括：系統優化約束條件表示規范，優化目標表示規范，模型實例表示規范，特定領域參數表示規范，約束參數與優化變量屬性映射關系表示規范，以及約束參數與特定領域參數映射關系表示規范。所述優化約束條件包括：上下邊界約束條件、線性相等約束條件、線性不等約束條件、非線性相等約束條件和非線性不等約束條件。

所述SysML擴展機制定義的表示規范包括：用于表示規范擴展的標識，擴展名稱和所述擴展名稱對應的基類。