[發明專利]一種基于時序狀態的圖形化建模與分析方法

有效

• 申請號: 201710021783.5
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106777785B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 湯俊;朱峰;老松楊;白亮
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 陸薇薇

技術領域

本發明涉及建模與仿真領域，具體涉及一種基于時序狀態的圖形化建模與分析方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，計算機可視化技術和系統建模與分析技術相結合逐漸應用于各領域建模仿真。將復雜系統運行流程和數據轉化為屏幕上的圖形，可以使操作人員更加直觀高效地建模與分析。在仿真系統中，模型是仿真的基礎，描述了客觀世界事物的特性，包括自然環境，客體之間的交互作用等。仿真模型的構建是為了進行仿真計算，通過一系列有目的、有條件的計算機仿真實驗可驗證仿真模型的特征，得出與模型有關的數量指標。同時，為顯示仿真過程中各仿真任務的物理參數及輸出結果，增加仿真結果顯示的可視化程度從而為決策者提供定量分析，對仿真結果的圖形化分析顯示也很有必要。

傳統的復雜仿真系統開發方法會產生以下問題：前期的構想設計和后期的編碼分析脫節；代碼由人工手動實現，效率低且容易產生人為錯誤；模塊的可重用性差。近幾年興起的基于模型驅動的復雜系統開發方法，采用模型作為復雜系統開發過程中統一的描述手段，圖形化構建的模型表示方式更加直觀的顯示了系統的功能和模塊，采用模型開發工具自動生成代碼，提高了開發效率同時也避免了嵌入人為錯誤，確保了模型構建的可靠性。記錄模型運行不同時刻上的狀態數據，即復雜仿真系統的時序狀態，并有針對性地分析相關參數，實現對監測參數的圖形化展示，有效解決模型運行過程中遇到的各種異常或者錯誤操作，且有助于根據統計分析的結果對模型進行改進。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出了一種基于時序狀態的圖形化建模與分析方法，有效促進復雜系統仿真應用的發展，滿足了仿真模型快速開發、靈活組裝、易于維護以及直觀分析等需求。具體技術方案如下：

一種基于時序狀態的圖形化建模與分析方法，包括以下步驟：

(S1)構建仿真模型圖形化建模模塊，用于仿真模型的圖形化建模開發；具體為：

(S11)定義圖形化組件；所述圖形化組件包括開始組件、數據組件、函數組件、嵌套函數組件、聯接組件和結束組件；

(S12)定義仿真模型的組成結構；

(S13)定義函數組件與嵌套函數組件的激發規則；

(S14)標注仿真模型所具備的特性；

(S2)通過步驟(S1)的仿真模型圖形化建模模塊產生仿真模型，記錄該仿真模型運行在不同時刻的狀態數據，并根據狀態數據形成時序狀態空間，進一步繪制時序狀態可達圖；

(S3)對仿真模型進行分析，包括計算函數組件重要度和平均耗時、計算數據組件使用率；根據函數組件重要度、平均耗時、數據組件使用率等模型參數進行圖形化顯示。定義圖形化顯示的坐標系中橫坐標為組件名稱，縱坐標為離散化顯示的模型參數數值，并用折線相連。

進一步地，所述函數組件重要度為該函數組件激發次數在生成所有可達時序狀態激發中所占的比例，函數組件h_v重要度z(h_v)計算公式為：

其中,v＝1,2,...,m；s＝1,2,...,k-1

其中，h_s表示函數組件，r_s表示h_s的激發概率，m為函數組件個數，l表示時序狀態可達圖層數，k表示時序狀態總數。

進一步地，所述函數組件平均耗時為該函數組件激發的概率與所消耗時間乘積的總和與激發次數的商值，函數組件h_v平均耗時t(h_v)計算公式：

其中,v＝1,2,...,m；s＝1,2,...,k-1

其中，h_s表示函數組件，r_s表示h_s的激發概率，t_s表示函數組件h_s激發所消耗的時間，m為函數組件個數，k表示時序狀態總數。

進一步地，所述數據組件使用率為該數據組件發生時序狀態變化次數在生成所有可達時序狀態激發中所占的比例，數據組件d_j使用率Δ(d_j)計算公式：

其中,v_x＝1,2,...,m；s＝1,2,...,k-1；j＝1,2,...,a

其中，h_s表示函數組件，表示數據組件d_j相聯接的函數組件，a為數據組件個數。