基于SysML驱动的产品详细设计模型自动生成方法

摘要

本发明公开了一种基于SysML驱动的产品详细设计模型自动生成方法，其实施步骤如下：1)输入产品的系统级设计模型；2)根据所述系统级设计模型分别建立SysML元模型和Express元模型；3)将SysML元模型与Express元模型建立映射关系，得到映射模型；4)根据所述SysML元模型、Express元模型和映射模型生成可执行驱动引擎，然后执行可执行驱动引擎，得到基于Express模型的模型交换数据；5)根据所述基于Express模型的模型交换数据生成产品设计模型的边界表示，并根据所述产品设计模型的边界表示生成产品的产品模型数据交换标准文件。本发明具有开发快捷、设计周期短、设计过程标准化、模型重用性高、一致性检测方便的优点。

说明书

技术领域

本发明设计产品详细设计模型领域，具体涉及一种已经获得产品系统级设计模型的基 础上生成产品详细设计模型的方法。

背景技术

系统级设计模型是设计人员对系统宏观结构和行为的抽象描述，详细设计模型是对各 领域子系统微观特征的具体化表示。作为后续设计活动的基础，详细设计模型必须符合系 统级设计思想，反映相应的高层设计意图。

在复杂产品设计过程中，如何由系统级设计模型快速得到详细设计模型，对提高设计 准确性、缩短设计周期，降低设计成本等方面起着重要作用。传统的设计过程中，详细设 计模型一般由该领域设计人员根据系统设计模型人工生成，如果详细设计人员对系统设计 的理解有误，则详细设计模型必然偏离系统设计思想，导致整个产品的失败。面对激烈的 市场竞争，企业应在最短的时间内将产品推向市场。这对如何缩短设计周期提出了更高的 要求。

传统设计过程依靠设计人员人工完成各项设计任务，设计周期长，不能满足企业需求。 鉴于人工的建模活动可能导致的一系列问题，如模型的不规范、二义性等，现有技术或着 重于设计过程的标准化，或模型重用、一致性检测等方面，不具备模型的自动生成功能， 无法实现智能设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种开发快捷、设计周期短、设计过程标准化、模型 重用性高、一致性检测方便的基于SysML驱动的产品详细设计模型自动生成方法

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于SysML驱动的产品详细设 计模型自动生成方法，其实施步骤如下：

1)输入产品的系统级设计模型；

2)根据所述系统级设计模型分别建立SysML元模型和Express元模型；

3)将SysML元模型与Express元模型建立映射关系，得到映射模型；

4)根据所述SysML元模型、Express元模型和映射模型生成可执行驱动引擎，然后执 行可执行驱动引擎，得到基于Express模型的模型交换数据；

5)根据所述基于Express模型的模型交换数据生成产品设计模型的边界表示，并根 据所述产品设计模型的边界表示生成产品的产品模型数据交换标准文件。

作为本发明上述技术方案的进一步改进：

所述步骤1)建立SysML元模型后，将所有SysML元模型按照语义类型进行分类，并 采用包容器对SysML元模型进行封装。

所述步骤4)中生成可执行驱动引擎具体是指：首先输入SysML元模型、Express元 模型和映射模型，然后根据三重图文法生成可执行驱动引擎。

所述步骤5)生成产品设计模型的边界表示时，首先针对产品设计模型的系统设计层 设置实体数据缺省值，如果生成产品设计模型在系统级设计模型中缺少对应的实体数据， 则将该实体数据赋予实体数据缺省值。

本发明具有下述优点：本发明通过建立SysML元模型和Express元模型、使用三重图 文法得到基于Express模型的模型交换数据，然后根据所述基于Express模型的模型交换 数据生成产品设计模型的边界表示，并根据产品设计模型的边界表示生成产品的产品模型 数据交换标准文件，能够快速根据输入的产品系统级设计模型生成产品详细设计模型的产 品模型数据交换标准文件，具有开发快捷、设计周期短、设计过程标准化、模型重用性高、 一致性检测方便的的优点。

附图说明

图1为本发明实施例的流程示意图。

图2为本发明实施例的UML元模型定义图。

图3为本发明实施例基于UML扩展的SysML语言元模型定义示例。

图4为本发明实施例的Exprss语言部分元模型定义示例。

图5为本发明实施例的三重图文法映射模式定义示例。

图6为本发明实施例的三重图文法映射规则定义示例。

图7为本发明实施例的基于三重图文法的转换界面。

图8为本发明实施例的倒摆系统的转换效果图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例的基于SysML驱动的产品详细设计模型自动生成方法的实 施步骤如下：

1)输入产品的系统级设计模型；

2)根据所述系统级设计模型分别建立SysML元模型和Express元模型；

3)将SysML元模型与Express元模型建立映射关系，得到映射模型；

4)根据所述SysML元模型、Express元模型和映射模型生成可执行驱动引擎，然后执 行可执行驱动引擎，得到基于Express模型的模型交换数据；

5)根据所述基于Express模型的模型交换数据生成产品设计模型的边界表示，并根 据所述产品设计模型的边界表示生成产品的产品模型数据交换标准文件。

SysML元模型创建过程应符合SysML的标准规范，作为统一建模语言(Unified  Modeling Language，UML)的扩展，SysML的元模型是基于UML类型的Stereotype扩展， 其内置类型的定义及关联关系必须符合UML规范。图2为本发明实施例的UML部分元模型 定义图。节点部分为UML规范定义的元模型，连接线表示它们之间的语义关联关系，包括 组合，依赖，泛化等。图3为本发明实施例基于UML扩展的SysML语言元模型定义示例。 其中，Property节点为UML定义的元模型，而另外两个节点均是其Stereotype机制的扩 展定义，即都依赖于Property元模型。图中的连接线定义了这种关系。

本实施例中，步骤1)建立SysML元模型后，将所有SysML元模型按照语义类型进行 分类，并采用包容器对SysML元模型进行封装。通过对对SysML元模型进行分类和封装， SysML元模型的管理更加规范一致，设计过程标准化、一致性检测更加方便。

Express信息建模语言(ISO 10303-11)是生成产品模型数据交换标准文件的标准语 言。为促进该语言用途的多样化，对象管理组织定义了该语言的元模型规范。根据该规范 对Express元模型进行建模，构造三重图文法(Triple Graph Grammars)所需的元模型结 构，发明实施例的Exprss语言部分元模型定义示例如图4所示，图中节点为OMG组织定 义的Express语言元模型，连接线表示模型之间的语义关联关系，包括组合与泛化。

步骤3)将SysML元模型与Express元模型构造源和目标元模型，然后定义二者之间 的映射模式，即确定语义对应关系。本实施例中，在SysML元模型中对系统及其机械部件 分别采用System和PartProperty等类型进行建模，在Express元模型中使用Entity和 Attribute对其进行建模，然后分别在System和Entity，PartProperty和Attribute之 间建立对应的语义映射模式。映射规则定义了模型转换的细则，描述了二者之间如何进行 具体的转换活动。映射规则可带有转换参数，用来触发转换或为对应模型赋初始值。在此， 主要使用参数对模型进行赋值。图5和图6给出了本实施例中映射模式和规则的示例，图 5为本发明实施例的三重图文法映射模式定义示例，该图中定义了左侧源元模型与右侧目 标元模型的对应关系，以及转换规则所需的参数n，其类型为String型。图6为本发明实 施例的三重图文法映射规则定义示例，图中的System节点是Clazz节点的Stereotype扩 展，Clazz和Entity节点中的属性n即为图5所定义的转换参数。

步骤4)中生成可执行驱动引擎具体是指：首先输入SysML元模型、Express元模型 和映射模型，然后根据三重图文法生成可执行驱动引擎。本实施例中，可执行驱动引擎为 可执行Java代码，得到执行模型转换的驱动引擎，该过程可借助第三方工具来实现，如 Moflon元模型工具包。执行可执行驱动引擎时，输入需转换的源模型实例文件并设置好输 出路径，执行转换后几颗得到转换结果，即得到基于Express模型的模型交换数据。本实 施例中得到基于Express模型的模型交换数据采基于可扩展标记语言(Extensible Markup  Language，XML)的元数据交换格式(XML Metadata Interchange，XMI)。图7为本发明实 施例的基于三重图文法的转换界面，可设置模型转换的驱动引擎及XMI格式的模型实例文 件，经初始化后用于启动转换活动。

步骤5)生成产品设计模型的边界表示时，首先针对产品设计模型的系统设计层设置 实体数据缺省值，如果生成产品设计模型在系统级设计模型中缺少对应的实体数据，则将 该实体数据赋予实体数据缺省值。本实施例中，获得产品构件信息的基于Express模型的 模型交换数据后，解析基于Express模型的模型交换数据，根据ISO 10303-203标准定义 的Express实体生成三维模型的边界表示。本实施例中，根据ISO 10303-21标准将产品 设计模型的边界表示生成产品的产品模型数据交换标准文件(Standard Exchange of  Product data model)，该文件为主流CAD设计软件所支持，可以此进行后续设计活动。 图8所示为本实施例中自动生成的倒摆系统的产品模型数据交换标准文件导入UG平台的 效果图，该部件包括小车和倒立摆两个组件，图中右侧可见部件结构树。本实施例的详细 设计模型由既定规则自动生成，语义准确度高，生成速度快，在产品设计活动中具有很高 的实用价值。

本实施例的工作原理如下：首先应提取并对SysML和Express的元模型进行建模，建 立元模型的映射模式和转换规则。对元模型的建模应符合对象管理组织(OMG)所定义的语 言或元模型规范。使用三重图文法建立元模型之间的映射模式，并根据具体转换要求定义 相应的映射规则，在此，仅转换机械构件部分及其连接关系。然后生成可执行的Java代 码，作为转换引擎执行实例数据的转换，得到的转换结果即为系统机械构件主城及其连接 关系的Express表示。然后，由生成的Express数据，根据ISO 10303-203标准构造模型 的边界表示。最后，将上述边界表示按照ISO 10303-21标准生成数据交换标准文件 (Standard Exchange of Product data model)，该文件覆盖所有系统设计信息，是系统 的详细设计模型的合理描述。通过三维CAD设计平台的导入，在此基础上进行后续设计环 节，确保了详细设计的可靠性和便捷性。此外，还可以将模型的边界表示存储起来，形成 自定义模型库，便于模型重用。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式， 凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言， 在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明 的保护范围。