[发明专利]一种基于时序状态的图形化建模与分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及建模与仿真领域，具体涉及一种基于时序状态的图形化建模与分析方法。

背景技术

随着科学技术的发展，计算机可视化技术和系统建模与分析技术相结合逐渐应用于各领域建模仿真。将复杂系统运行流程和数据转化为屏幕上的图形，可以使操作人员更加直观高效地建模与分析。在仿真系统中，模型是仿真的基础，描述了客观世界事物的特性，包括自然环境，客体之间的交互作用等。仿真模型的构建是为了进行仿真计算，通过一系列有目的、有条件的计算机仿真实验可验证仿真模型的特征，得出与模型有关的数量指标。同时，为显示仿真过程中各仿真任务的物理参数及输出结果，增加仿真结果显示的可视化程度从而为决策者提供定量分析，对仿真结果的图形化分析显示也很有必要。

传统的复杂仿真系统开发方法会产生以下问题：前期的构想设计和后期的编码分析脱节；代码由人工手动实现，效率低且容易产生人为错误；模块的可重用性差。近几年兴起的基于模型驱动的复杂系统开发方法，采用模型作为复杂系统开发过程中统一的描述手段，图形化构建的模型表示方式更加直观的显示了系统的功能和模块，采用模型开发工具自动生成代码，提高了开发效率同时也避免了嵌入人为错误，确保了模型构建的可靠性。记录模型运行不同时刻上的状态数据，即复杂仿真系统的时序状态，并有针对性地分析相关参数，实现对监测参数的图形化展示，有效解决模型运行过程中遇到的各种异常或者错误操作，且有助于根据统计分析的结果对模型进行改进。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于时序状态的图形化建模与分析方法，有效促进复杂系统仿真应用的发展，满足了仿真模型快速开发、灵活组装、易于维护以及直观分析等需求。具体技术方案如下：

一种基于时序状态的图形化建模与分析方法，包括以下步骤：

(S1)构建仿真模型图形化建模模块，用于仿真模型的图形化建模开发；具体为：

(S11)定义图形化组件；所述图形化组件包括开始组件、数据组件、函数组件、嵌套函数组件、联接组件和结束组件；

(S12)定义仿真模型的组成结构；

(S13)定义函数组件与嵌套函数组件的激发规则；

(S14)标注仿真模型所具备的特性；

(S2)通过步骤(S1)的仿真模型图形化建模模块产生仿真模型，记录该仿真模型运行在不同时刻的状态数据，并根据状态数据形成时序状态空间，进一步绘制时序状态可达图；

(S3)对仿真模型进行分析，包括计算函数组件重要度和平均耗时、计算数据组件使用率；根据函数组件重要度、平均耗时、数据组件使用率等模型参数进行图形化显示。定义图形化显示的坐标系中横坐标为组件名称，纵坐标为离散化显示的模型参数数值，并用折线相连。

进一步地，所述函数组件重要度为该函数组件激发次数在生成所有可达时序状态激发中所占的比例，函数组件h_v重要度z(h_v)计算公式为：

其中,v＝1,2,...,m；s＝1,2,...,k-1

其中，h_s表示函数组件，r_s表示h_s的激发概率，m为函数组件个数，l表示时序状态可达图层数，k表示时序状态总数。

进一步地，所述函数组件平均耗时为该函数组件激发的概率与所消耗时间乘积的总和与激发次数的商值，函数组件h_v平均耗时t(h_v)计算公式：

其中,v＝1,2,...,m；s＝1,2,...,k-1

其中，h_s表示函数组件，r_s表示h_s的激发概率，t_s表示函数组件h_s激发所消耗的时间，m为函数组件个数，k表示时序状态总数。

进一步地，所述数据组件使用率为该数据组件发生时序状态变化次数在生成所有可达时序状态激发中所占的比例，数据组件d_j使用率Δ(d_j)计算公式：

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

其中，h_s表示函数组件，表示数据组件d_j相联接的函数组件，a为数据组件个数。