UML状态图的形式化建模及其分析

为解决状态图的建模问题,特别是带有复合状态的层次化状态图的建模问题,分析了UML状态图的结构特点和语义特征,构造了层次化着色Petri网HCPN.将复合状态的Petri网子网结构划分成输入/输出端口、状态迁移部分和历史状态部分.其中输入/输出端口分别用于完成子网进入弧的解析和离开的弧的汇总,状态迁移部分完成状态机子网内部状态变换,历史状态部分通过"记忆单元",完成复合状态的"记忆恢复"和"记忆刷新".基于所构造的HCPN结构,总结了状态图复合状态转入/转出迁移的语义和约束规则,阐述了复合状态的Petri网子网的相应描述方法和分析技术.最后针对状态图的安全性要求详细论述了历史状态完备性判定原则、父子层一致性判定原则和状态可达性判定原则的HCPN语义表示.研究成果对进一步开发自动化分析验证工具,优化复杂系统设计方案,提高软件质量具有重要的指导意义.      

基于Petri网的UML状态图的形式化模型

提出一种可以准确描述UML状态图动态特征的形式化模型SC_Net.首先给出了UML状态图的形式化语法定义,其中用状态集合、转移集合、事件集合、条件集合、活动集合、对象集合和变量集合,定义了一系列辅助函数描述UML状态图特征,用确定目标状态和受限源状态表示层次关系,用开放事件和封闭事件表示对象之间的消息.基于C_Net定义了描述UML状态图动态语义的Petri网模型SC_Net,既能描述状态图中的控制部分,又能描述状态图中的数据处理部分,并给出了从UML状态图到SC_Net的转换步骤,便于实现自动转换过程.最后以柔性制造系统的一个实例说明SC_Net能用于分析UML状态图的性质.      

多阶段任务系统通用可靠性仿真模型

归纳了当前多阶段任务系统(PMS,Phased Mission Systems)可靠性建模的基本假设,指出了解析模型描述和求解能力的不足以及仿真模型存在的难以转换的缺点.应用着色Petri网(CPN,Colored Petri Net) Tools建立PMS的多层通用仿真模型:顶层控制模型将PMS各阶段的故障树参数化,作为CPN通用仿真模型的输入;单阶段处理模型根据顶层控制模型的输入判别该阶段顶事件是否发生;底事件处理模型通过比较随机数和故障发生概率的大小产生故障.通用仿真模型可以保持模型结构的稳定,同时又简化了仿真模型的生成.案例对比了CPN仿真模型与二元决策图(BDD,Binary Decision Diagrams)算法的可靠性计算结果,证明了模型的正确性;具有动态变化参数的PMS仿真则说明了模型的适用性.      

Petri网在维修工作分析中的应用研究

分析了当前维修工作分析方法中存在的问题,在论述了Petri网技术优点的基础上,提出采用层次化的时间-着色Petri网技术来建立维修工作描述模型.探讨了Petri网描述逻辑条件与时序关系的方法,并给出了维修工作建模的程序.通过一个实例研究说明了Petri网技术在确定保障资源工作中的应用.      

一种基于面向对象Petri网的并发程序建模方法

介绍了一种基于面向对象Petri网的并发系统建模方法. 该方法把面向对象技术与Petri网理论相结合, 构成一种面向对象Petri网,可以解决用Petri网建立并发程序模型所遇到的状态爆炸问题,又使得建模系统具有可重用性且易于维护, 是一种具有数学和图形方式相结合的形式化描述.     

部分可观Petri网故障的量子贝叶斯诊断

针对故障本身构建量子贝叶斯Petri网模型算法，并利用该子网模型进行Petri网系统故障分析。对于部分可观Petri网模型中的不可观故障，根据可达标识图分析变迁点火路径不能判断系统状态，建立量子贝叶斯子网模型，通过不确定路径引起的量子干涉重新标定变迁的条件概率表得到量子概率振幅表。根据故障变迁的前置集合并结合量子贝叶斯推理计算变迁触发的先验概率，由后置集合中的可观变迁修正后验概率，由最大后验概率估计系统所处状态，当故障变迁不唯一时，选取最大概率的故障作为故障源。以实际故障系统建立部分可观Petri网模型，结合可观标签概率序列信息和量子贝叶斯概率估计，对系统不可观部分进行故障诊断验证算法的有效性。      

基于扩展Petri网的除冰软件安全需求建模和验证

Petri网是形式化的系统建模方法,以严格的数学基础来保证系统的正确构建,但在支持复杂软件建模和自动化验证方面存在不足.扩展了Petri网的形式语义,区别定义了状态型和数值型库所,区别定义了变迁的激发和抑制状态,引入了无前置、一元和组合判断规则,同时根据形式化定义将模型自动转换为检验程序实施安全性验证.最后给出了以上方法在典型安全关键软件-除冰系统上的应用,过程和结果表明扩展的模型和方法增强了Petri网对复杂软件系统的建模能力,提高了软件的安全性,从模型到验证代码的自动转换解决了完善模型时人工修改相应代码的工作量和因此而引入人为错误的重复工作量的问题.     

Ada层次化并发软件模型的研究

基于对象Petri网,提出了层次化并发软件模型,这种模型在结构上参考了统一建模语言UML的描述机制,并用一种扩展Petri网ECPN分层描述对象的内部状态,以及对象间的相互作用,易于仿真与程序生成.模型的实际应用将有利于保证并发软件,特别是Ada95并发软件的质量,提高开发效率.     

UM L顺序图的形式化定义与特性分析

以统一建模语言(UML,Unified Modeling Language)规范为基础,给出UML顺序图及组合顺序图的形式化定义;并在此基础上,详细讨论了UML顺序图中对象的消息发送特性和消息接收特性,给出了发送消息集合和接收消息集合的形式化定义;同时进一步分析了对象消息发送和接收之间的一致性问题;最后,通过实例分析,对UML顺序图的特性作进一步的解释.该形式化定义与特性分析为基于UML顺序图的模型转换和模型验证提供了必要的前提条件,也为基于UML顺序图的测试用例的自动生成奠定了基础.UML顺序图的形式化描述可用于对软件结构的理解和构造可视化建模工具.     

虚拟维修技术研究与应用

针对虚拟维修在建模与仿真等核心环节的研究中存有很大局限的问题,提出了虚拟维修方法体系,探讨虚拟维修理论与方法,在此基础上开展虚拟维修模型与仿真控制方法的深入研究.提出虚拟维修模型即维修任务网(MTN,Maintenance Task Net),MTN基于Petri网可描述维修过程,可表达维修过程中资源、活动和约束.提出MTN驱动虚拟仿真的触发规则及建立控制虚拟维修仿真机制.通过飞机典型设备维修案例对提出的虚拟维修模型和控制机制进行了实例验证,应用结果验证了建模与仿真方法的有效性,为支持维修性工程应用提供了可行的技术途径.      

AADL在航天器控制系统设计中的应用研究

以某型号航天器为例提出了一种使用体系结构分析和设计语言(AADL,architecture analysis & design language)分层次建模的方法,建立控制系统软件及软件与硬件之间的交互模型.采用状态自动机方式描述串口通信协议,以便分析模型.     

面向对象的虚拟组织集成建模方法

提出了一种适应虚拟组织业务过程动态变化的虚拟组织集成建模方法(VOIM,Virtual Organization Integrated modeling),该方法集标准化面向对象的建模语言(UML,Unified Modeling Language)、功能建模集成化定义方法(IDEF0,Integration Definition for Function Modeling)和事件驱动过程链(EPC,Event-driven Process Chain)为一体,以弥补单一方法的不足,适合复杂系统特别是虚拟组织的建模,其中:IDEF0对虚拟组织的功能建模,EPC对功能视图进行细化,UML通过实体映射关系把虚拟组织模型的各个视图有机结合起来,有利于实现系统的模块化和模型的重用;同时对建模过程中UML到EPC之间的转换方法进行了研究.最后对模型进行了形式化描述,从而使VOIM具备严格定义的抽象语法和语义,为模型的验证和仿真提供了良好的基础.