基于DSM的效能仿真多范式组合建模方法研究

摘要

武器装备作战效能评估是武器装备论证、研制、训练等工作的重要基础，能够对武器装备在典型想定下完成指定作战任务的能力和效果进行定量分析。作战效能评估涉及作战双方或多方的作战武器装备体系和作战人员，包含复杂的作战对抗过程和大量的不确定因素。鉴于传统基于纯解析方法的局限性和物理实验的难以操作性，近年来，武器装备作战效能的评定逐步引入了基于仿真的方法，即作战效能仿真评估。
　　一方面，作战效能仿真要求在武器装备体系对抗的条件下针对多个典型想定进行，存在着突出的组合建模需求；另一方面，武器装备体系涉及到多个专业领域，为提高建模抽象层次，需要对领域特定建模（DSM）进行研究。论文从以上两大需求出发，对所涉及的模型设计与实现中的五个问题进行整体性研究，从仿真建模全生命周期的角度构建了作战效能仿真的多范式建模组合框架，并对模型框架中的建模方法和关键技术进行了研究，主要工作和创新包括以下四个方面：
　　（1）建立了基于DSM的效能仿真多范式组合建模框架。针对现有的四类统一型建模方法在支持组合建模和领域建模中的不足，本文在构建效能仿真统一模型框架的基础上，应用DSM方法，构建在多形式体系支持下的效能仿真领域组合建模框架，并对建模框架所包含的建模方法、建模过程和关键技术等进行了总体性描述，为效能仿真建模提供方法论指导和技术支撑。该框架在领域通用建模范式的基础上构建领域特定建模范式，将建模抽象层次提高到问题领域层次，并支持多领域多方法模型的组合和效能仿真应用的快速开发。
　　（2）提出了基于仿真模型可移植性规范（SMP2）的效能仿真架构建模方法。虽然仿真应用在开发过程中大都采用了模型框架的思路，但是一般都采用非形式化或者隐式的方法描述模型框架。本文采用MDA的三抽象层次对模型框架进行形式化和显式地设计和实现，实现了领域本体向 SMP2模型框架的自动转换，并根据SMP2/C++映射自动生成平台特定模型层次的可执行模型。该方法在概念建模层次提供了形式化的结构元素支持领域特定建模，并在模型实现层次提供了基于模型框架的集成机制以支持多领域模型和多形式体系模型的组合。
　　（3）在效能仿真多形式体系行为建模研究的基础上提出了以状态为中心的组合建模方法。首先分析了武器装备的作战行为特征，提出了面向行为特征的模型设计思路；然后根据作战行为特征，提出了以状态为中心的多形式体系组合建模方法；接着探讨了基于形式体系的模型分析方法；最后研究了行为模型的自动化实现和行为模型集成。状态为中心的组合建模方法以面向内部状态建模的形式体系为中心，在元模型层次建立其它行为特征的形式体系与状态形式体系建模元素的映射和组合关系，从而支持基于多个形式体系针对性地描述武器装备多方面的行为特征。
　　（4）在DSM相关研究的基础上提出了基于领域特定仿真建模（DSSM）的组合建模方法。首先在DSM在软件工程和建模仿真界的研究成果的基础上，结合效能仿真的特点提出的本体-结构-行为元建模方法，综合利用效能仿真领域本体的外部接口信息、子领域本体的结构信息和建模形式体系的行为特征，采用该方法建立领域特定仿真建模语言（DSSML）元模型并生成领域特定建模环境；然后采用模型转换技术实现了DSSML向形式体系的转换，支持基于形式体系的模型分析；最后研究了基于代码生成的领域特定模型自动实现和基于模型框架的领域模型集成。
　　最后，在上述研究成果的基础上研究了建模框架在效能仿真建模中的应用。首先采用多范式建模框架及其支撑建模方法对典型领域中的典型武器装备进行领域组合建模，然后结合案例研究进行效能仿真应用的组合式开发以验证本文提出的建模框架、方法和技术。
　　论文提出根据问题领域的特征在形式体系的基础上定制领域特定建模范式，将多范式建模方法从领域通用的形式体系层次提高到问题领域层次，能够有效地解决效能仿真中的组合建模和领域建模问题。论文提出了在模型框架约束下基于DSM进行多范式组合仿真建模的研究思路，对于其它涉及多领域组合建模问题的复杂系统仿真研究也具有很强的借鉴意义。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与问题

1.2 相关领域研究现状综述与分析

1.3 研究内容与创新点

第二章 效能仿真多范式组合建模框架

2.1 问题特性分析与研究约定

2.2 效能仿真建模框架的功能需求分析

2.3 效能仿真多范式组合建模框架及其关键技术

2.4 本章小结

第三章 基于SMP2的效能仿真架构建模

3.1 方法的提出

3.2 基于OWL的效能仿真模型架构概念建模

3.3 基于SMP2的效能仿真模型框架设计与实现

3.4 本章小结

第四章 基于多形式体系的效能仿真行为建模

4.1 方法的提出

4.2 面向作战行为特征的行为模型设计

4.3 以状态为中心的多形式体系组合行为建模

4.4 基于形式体系的行为模型分析

4.5 形式体系行为模型实现与集成

4.6 本章小结

第五章 基于DSM的效能仿真领域组合建模

5.1 方法的提出

5.2 基于OSB元模型的语法设计与建模环境生成

5.3 基于形式体系的指称语义实现与行为分析

5.4 领域特定模型实现与集成

5.5 本章小结

第六章 效能仿真建模应用

6.1 以平台为中心的效能仿真应用组合式开发

6.2 认知域的领域特定仿真建模应用

6.3 物理域的领域特定仿真建模应用

6.4 综合案例：舰船海战效能仿真多范式组合建模

6.5 本章小结

第七章 结束语

7.1 论文主要工作

7.2 未来工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

附录A 缩略语中英文对照表