一种基于元模型进行系统工程数字化建模系统及方法与流程

1.本发明属于数字化建模技术领域，具体涉及一种基于元模型进行系统工程数字化建模系统及方法。


背景技术：

2.在工业系统中，数据种类、数据格式以及数据结构的数量非常多，关系复杂。例如，一个复杂装备的制造企业，数据种类多达三百余种。所以在工业领域中，存在数据多模态特征。真正做一个产品设计时，涉及到数量众多的学科与专业，比如设计复杂装备时，不仅仅涉及到结构分析，流体力学、声学、动力学、电磁辐射等等各个学科的数据都需要进行关联。数据之间的“强关联”反映的是工业的系统性及其复杂的动态关系。
3.因此，针对规模巨大、类型多样、复杂多变的数据特性，如何做到有效的数据治理，是目前需要重点解决的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于元模型进行系统工程数字化建模系统及方法，可有效解决上述问题。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.本发明提供一种基于元模型进行系统工程数字化建模系统，包括：系统模型定义模块、任务模型定义模块和流程模型定义模块；
7.所述系统模型定义模块，用于创建与管理结果模型和关系模型；其中，所述结果模型与某个对象对应，用于保存对象的结构化数据；所述关系模型，用于定义和管理各个不同模型之间的关联关系；
8.所述任务模型定义模块，用于创建与管理任务模型；所述任务模型具有任务输入配置、任务输出配置和工具配置；其中，通过所述任务输入配置，实现所述任务模型与所述结果模型的关联，将所述结果模型作为所述任务模型的数据输入源；通过所述任务输出配置，将所述结果模型作为所述任务模型的数据输出目标；通过所述工具配置，将其他设计软件工具集成到所述任务模型中；
9.所述流程模型定义模块，用于创建与管理流程模型；所述流程模型具有多个按要求排列的流程节点，每个所述流程节点绑定已创建的所述任务模型。
10.优选的，所述系统模型定义模块包括类型定义子模块、属性定义子模块、接口定义子模块和集合定义子模块；
11.所述类型定义子模块，用于定义需要创建的结果模型和/或关系模型的模型类型；
12.所述属性定义子模块，用于定义需要创建的结果模型和/或关系模型的模型属性；所述模型属性包括：模型名称、模型创建进度、模型代号、模型所属的业务状态、模型所有者、模型升级描述信息、模型尺寸以及模型的继承关系；
13.所述接口定义子模块，用于定义需要创建的结果模型的输入接口和输出接口；
14.所述集合定义子模块，用于将所述属性定义子模块定义的多种具有共同性质和关系的属性组合，形成集合。
15.优选的，所述任务模型定义模块包括任务模型类型定义子模块、任务输入定义子模块、任务输出定义子模块、后处理定义子模块、图形交互定义子模块和集成工具定义子模块；
16.所述任务模型类型定义子模块，用于定义需要创建的任务模型的模型类型；
17.所述任务输入定义子模块，用于定义需要创建的任务模型的输入参数和输入文件；
18.所述任务输出定义子模块，用于定义需要创建的任务模型的输出参数、输出文件以及输出展示方法；
19.所述后处理定义子模块，用于对所述任务输出定义子模块输出的内容的进一步后处理；
20.所述图形交互定义子模块，用于定义所述任务输出定义子模块和所述后处理定义子模块输出内容，采用图形化方式展示；
21.所述集成工具定义子模块，用于定义所述任务模型执行时调用的软件工具的方式。
22.优选的，所述流程模型定义模块包括流程节点定义子模块和流程编排子模块；
23.所述流程节点定义子模块，用于设置流程节点；所述流程节点可选择与所述任务模型关联，直接将某个所述任务模型定义为所述流程节点；
24.所述流程编排子模块，用于定义多个所述流程节点之间的连接方式；所述连接方式包括串行连接、并行连接、条件分支和循环连接。
25.优选的，还包括核心功能模块，所述核心功能模块包括结果模型管理模块、关系模型管理模块、命名空间管理模块、对象生命周期管理模块、模型实例管理模块和元模型管理模块；
26.所述结果模型管理模块，用于对所述结果模型进行管理，包括对所述结果模型进行创建、更新、删除和查询的基本操作；
27.所述关系模型管理模块，用于对所述关系模型进行管理，包括对所述关系模型进行创建、更新、删除和查询的基本操作；
28.所述命名空间管理模块，用于对各种模型进行分区域管理，包括：对命名空间进行创建、更新、删除和查询的基本操作，以及将不同命名空间下的模型进行导入，导出和合并操作；
29.所述对象生命周期管理模块，用于管理模型实例的生命周期状态及对模型实例的访问控制策略配置；其中，所述模型实例的生命周期状态，是指所述模型实例从创建到最终消亡的阶段性变化；
30.所述模型实例管理模块，用于管理模型实例，包括创建、更新、删除和查询的基本操作；
31.所述元模型管理模块，是以mof为基础，进行模型类型定义，属性定义和版本控制的基础模型管理操作。
32.本发明还提供一种基于元模型进行系统工程数字化建模系统的方法，包括以下步
骤：
33.步骤1，搭配建模系统架构；所述建模系统架构包括对外接口层、数据层、映射层、数据库访问层和数据库；
34.步骤2，对模型的访问方法，包括：
35.步骤2.1，通过所述对外接口层，接收对模型的基本操作信息；其中，所述对模型的基本操作信息，包括模型定义、更新、删除、查询、命名空间的定义和版本管理的基本操作信息；
36.步骤2.2，如果为模型定义信息，则按照模型继承关系检查数据库中是否已存在对应的数据库表，如果不存在，则按照继承顺序从祖先模型开始创建与所述模型对应的数据库表，并将模型与数据库表的映射关系，存储到模型与数据库表的映射配置信息中；如果存在，表明模型已被定义，则结束；
37.步骤2.3，如果为对模型进行更新、删除、查询、命名空间的定义和版本管理的操作信息，则根据模型与数据库表的映射配置信息，查找到对应的数据库表，然后将对模型的操作转换成对数据库表的操作，直接对所述数据库表进行对应操作；
38.步骤3，对模型实例的访问方法，包括：
39.步骤3.1，通过所述对外接口层，接收对模型实例的基本操作信息；其中，所述对模型实例的基本操作信息，包括模型实例定义、更新、删除、查询、命名空间的定义和版本管理的基本操作信息；
40.步骤3.2，如果为模型实例定义信息，则按照模型实例继承关系检查数据库中是否已存在对应的数据库表的数据记录，如果不存在，则在数据库表中创建对应的数据记录，并将模型实例与数据库表的数据记录的映射关系，存储到模型实例与数据库表的数据记录的映射配置信息中；如果存在，表明模型实例已被定义，则结束；
41.步骤3.3，如果为对模型实例进行更新、删除、查询、命名空间的定义和版本管理的操作信息，则根据模型实例与数据库表的数据记录的映射配置信息，查找到对应的数据库表的数据记录，然后将对模型实例的操作转换成对数据库表的数据记录的操作，直接对所述数据库表的数据记录进行对应操作。
42.本发明提供的一种基于元模型进行系统工程数字化建模系统及方法具有以下优点：
43.本发明提供一种基于元模型进行系统工程数字化建模系统，实现数据协同、过程协同、工具协同，为工业协同设计与制造提供了有效的底层支撑。进一步为智能分析、大数据处理等创造了可能，大大降低数据治理人工成本，使元数据成为数据治理的基础。
附图说明
44.图1为本发明提供的基于元模型进行系统工程数字化建模系统的系统框架图；
45.图2为本发明提供的基于元模型进行系统工程数字化建模的方法的流程图。
具体实施方式
46.为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以
解释本发明，并不用于限定本发明。
47.本发明提供一种基于元模型进行系统工程数字化建模系统，实现对复杂工业数据的有效管理。本方法通过实施例提供的软件系统，提供基于元模型的数据管理，通过元模型(mof)建模，可解决业务数据一致性与信息共享问题，支持系统模型的任意扩展，能够有效管理复杂业务系统长周期下数据的各种演变。通过定义关联关系，将分散、结构差异化的数据进行描述、定位、检索，实现信息数据的描述和分类的结构化。支持采用继承的方式，支持建立分层次的不同模型，实现数据分阶段化的管理。通过引入过程模型，并通过建立过程模型与结果模型间的关联，在一个数据管理平台上实现数据和过程的统一管理。从而实现数据协同、过程协同、工具协同，为工业协同设计与制造提供了有效的底层支撑。进一步为智能分析、大数据处理等创造了可能，大大降低数据治理人工成本，使元数据成为数据治理的基础。
48.参考图1，本发明提供一种基于元模型进行系统工程数字化建模系统，包括：系统模型定义模块、任务模型定义模块和流程模型定义模块。
49.下面对系统模型定义模块、任务模型定义模块和流程模型定义模块分别详细介绍：
50.(一)系统模型定义模块
51.所述系统模型定义模块，用于创建与管理结果模型和关系模型；其中，所述结果模型与某个对象对应，用于保存对象的结构化数据；所述关系模型，用于定义和管理各个不同模型之间的关联关系；此处的模型，包括本发明涉及到的各类模型，例如，结果模型，任务模型和流程模型。
52.所述系统模型定义模块包括类型定义子模块、属性定义子模块、接口定义子模块和集合定义子模块；
53.所述类型定义子模块，用于定义需要创建的结果模型和/或关系模型的模型类型；根据要管理的数据特征进行语义明确、独立且无歧义的模型定义。
54.所述属性定义子模块，用于定义需要创建的结果模型和/或关系模型的模型属性；属性定义是对模型特征的描述，所述模型属性包括但不限于：模型名称、模型创建进度、模型代号、模型创建时间、模型所属的业务状态、模型所有者、模型升级描述信息、模型尺寸以及模型的继承关系等；
55.所述接口定义子模块，用于定义需要创建的结果模型的输入接口和输出接口；通过接口定义，可实现两个模型之间的数据交互。
56.所述集合定义子模块，用于将所述属性定义子模块定义的多种具有共同性质和关系的属性组合，形成集合。
57.在具体实现上，系统模型定义模块通过元模型管理界面对外交互。系统模型定义模块采用基于元模型的建模方法定义结果模型和关系模型，此种建模方法遵从omg(object management group,对象管理组织)mof(meta object facility，元对象机制)规范，能够描述任意复杂的系统对象。
58.系统模型定义模块不仅支持对结果模型的定义，还支持对关系模型的定义，关系模型通过定义模型之间的关系，描述不同类型模型之间的关联，通过建立关系将各项设计数据关联到一起。
59.(二)任务模型定义模块
60.所述任务模型定义模块，用于创建与管理任务模型；所述任务模型具有任务输入配置、任务输出配置和工具配置；其中，通过所述任务输入配置，实现所述任务模型与所述结果模型的关联，将所述结果模型作为所述任务模型的数据输入源；通过所述任务输出配置，将所述结果模型作为所述任务模型的数据输出目标；通过所述工具配置，将其他设计软件工具集成到所述任务模型中；
61.所述任务模型定义模块包括任务模型类型定义子模块、任务输入定义子模块、任务输出定义子模块、后处理定义子模块、图形交互定义子模块和集成工具定义子模块；
62.所述任务模型类型定义子模块，用于定义需要创建的任务模型的模型类型；具体的，为对各种有差别的任务进行精细的管理和支持，必须允许用户建立并维护任务模型信息。
63.所述任务输入定义子模块，用于定义需要创建的任务模型的输入参数和输入文件，实现对任务的输入信息，类型和来源的定义。
64.所述任务输出定义子模块，用于定义需要创建的任务模型的输出参数、输出文件以及输出展示方法；通过任务输出定义子模块，实现对任务的输出信息，类型和去向的定义。
65.所述后处理定义子模块，用于对所述任务输出定义子模块输出的内容的进一步后处理；具体的，后处理是对任务输出结果的提取和再处理，后处理定义就是对提取的内容和再处理逻辑的配置。
66.所述图形交互定义子模块，用于定义所述任务输出定义子模块和所述后处理定义子模块输出内容，采用图形化方式展示；具体的，图形交互定义是对任务输出结果数据或后处理结果数据进行图形化展示的配置。
67.所述集成工具定义子模块，用于定义所述任务模型执行时调用的软件工具的方式。具体的，任务的执行过程和环境可能依赖其它软件，集成工具定义就是配置任务如何调用其它软件，包括调用的软件执行文件，执行环境等。
68.因此，任务模型定义模块支持任务模型定义，支持任务前处理文件配置、后处理提取、结果展示、图示化交互、工具调用等参数化配置。
69.(三)流程模型定义模块
70.流程模型定义模块，用于定义设计过程中和提交、审批、发布、归档、转阶段等过程中采用的流程。流程模型定义模块遵循(wfmc，workflow management coalition)规范，采用bpmn(business process model and notation)标准进行建模，流程支持嵌套设计任务、审批任务，支持串行、并行、条件分支、循环等各种方式按实际流程，建立设计流程模型和审批流程模型，支持流程模型建模，支持wfmc规范、符合bpmn标准，支持串行、并行、条件分支、循环等各种方式的设计流程定义，支持版本管理，具备流程发布管理功能。
71.所述流程模型定义模块，用于创建与管理流程模型；所述流程模型具有多个按要求排列的流程节点，每个所述流程节点绑定已创建的所述任务模型。
72.所述流程模型定义模块包括流程节点定义子模块和流程编排子模块；
73.所述流程节点定义子模块，用于设置流程节点，本软件支持将任务模型定义为流程节点。所述流程节点可选择与所述任务模型关联，直接将某个所述任务模型定义为所述
流程节点；
74.所述流程编排子模块，用于定义多个所述流程节点之间的连接方式；所述连接方式包括串行连接、并行连接、条件分支和循环连接，从而创建工作流。
75.还包括流程可视化子模块，通过图形展示流程，包含流程节点，节点间的前后关系及节点的状态。
76.本发明中，在具体实现上，基于分层和模块化设计，可进一步分解为核心功能模块，所述核心功能模块包括结果模型管理模块、关系模型管理模块、命名空间管理模块、对象生命周期管理模块、模型实例管理模块和元模型管理模块；也可以包括过程模型管理模块。
77.所述结果模型管理模块，用于对所述结果模型进行管理，包括对所述结果模型进行创建、更新、删除和查询的基本操作，以及类型定义和属性定义等功能；其中，结果模型主要用于保存结构化数据。
78.所述关系模型管理模块，用于对所述关系模型进行管理，包括对所述关系模型进行创建、更新、删除和查询的基本操作；具体的，模型不可能单独存在，关系模型用来定义和管理模型间的关联关系。
79.所述命名空间管理模块，用于对各种模型进行分区域管理，包括：对命名空间进行创建、更新、删除和查询的基本操作，以及将不同命名空间下的模型进行导入，导出和合并操作；
80.所述对象生命周期管理模块，用于管理模型实例的生命周期状态及对模型实例的访问控制策略配置；例如，定义不同生命周期状态下的访问控制策略，实现权限定义。其中，所述模型实例的生命周期状态，是指所述模型实例从创建到最终消亡的阶段性变化及规律；
81.所述模型实例管理模块，用于管理模型实例，包括创建、更新、删除和查询的基本操作；其中，模型实例是基于模型的数据记录。模型实例管理包含对数据的增加、修改、删除和查找操作。此外，还包含对模型实例的版本管理。
82.所述元模型管理模块，是核心模块，是以mof为基础，进行模型类型定义，属性定义和版本控制的基础模型管理操作。
83.过程模型管理用于对任务及流程模型的管理。
84.结果模型主要用于保存结构化数据。结果模型管理用于对结果模型进行管理，包括增加、修改、删除和查找基本操作，以及类型定义和属性定义等功能。
85.关系模型管理用于对关系模型进行管理，包括创建、修改、删除和查找基本操作。
86.本发明中，还包括以下具体功能：
87.模型版本管理，可创建同一模型的不同版本，实现对模型的历史追溯。
88.模型继承定义，采用继承关系解决同类对象的继承与派生问题。
89.预定义模型，预定义部分标准模型，例如：需求模型，指标模型，验证模型，文档模型等。可根据需要通过对象继承扩展的对应模型。
90.参考图2，本发明还提供一种基于元模型进行系统工程数字化建模系统的方法，包括以下步骤：
91.步骤1，搭配建模系统架构；所述建模系统架构包括对外接口层、数据层、映射层、
数据库访问层和数据库；
92.步骤2，对模型的访问方法，包括：
93.步骤2.1，通过所述对外接口层，接收对模型的基本操作信息；其中，所述对模型的基本操作信息，包括模型定义、更新、删除、查询、命名空间的定义和版本管理的基本操作信息；
94.步骤2.2，如果为模型定义信息，则按照模型继承关系检查数据库中是否已存在对应的数据库表，如果不存在，则按照继承顺序从祖先模型开始创建与所述模型对应的数据库表，并将模型与数据库表的映射关系，存储到模型与数据库表的映射配置信息中；如果存在，表明模型已被定义，则结束；
95.步骤2.3，如果为对模型进行更新、删除、查询、命名空间的定义和版本管理的操作信息，则根据模型与数据库表的映射配置信息，查找到对应的数据库表，然后将对模型的操作转换成对数据库表的操作，直接对所述数据库表进行对应操作；
96.步骤3，对模型实例的访问方法，包括：
97.步骤3.1，通过所述对外接口层，接收对模型实例的基本操作信息；其中，所述对模型实例的基本操作信息，包括模型实例定义、更新、删除、查询、命名空间的定义和版本管理的基本操作信息；
98.步骤3.2，如果为模型实例定义信息，则按照模型实例继承关系检查数据库中是否已存在对应的数据库表的数据记录，如果不存在，则在数据库表中创建对应的数据记录，并将模型实例与数据库表的数据记录的映射关系，存储到模型实例与数据库表的数据记录的映射配置信息中；如果存在，表明模型实例已被定义，则结束；
99.步骤3.3，如果为对模型实例进行更新、删除、查询、命名空间的定义和版本管理的操作信息，则根据模型实例与数据库表的数据记录的映射配置信息，查找到对应的数据库表的数据记录，然后将对模型实例的操作转换成对数据库表的数据记录的操作，直接对所述数据库表的数据记录进行对应操作。
100.下面介绍一个基于元模型进行系统工程数字化建模系统的方法的实施例：
101.本实施例提供一种基于元模型进行系统工程数字化建模的方法，用于进行数据管理，该方法包括如下步骤：
102.步骤一：从配置文件中读取既有配置信息，包括：命名空间定义信息，模型定义信息，数据库访问配置信息，模型操作与数据库操作的映射配置信息以及模型实例操作与数据库操作的映射配置信息。
103.本步骤中，对于配置文件，考虑数据安全性，支持对配置文件的加密/解密。
104.数据库访问配置信息是配置数据来源方式，包括数据库地址，访问用户及密码。
105.模型和模型实例操作与数据库操作的映射配置信息，与配置的数据库实例相关，其中按模型和实例操作分类并逐条配置对应的数据库操作。例如：删除模型实例，并不是删除数据库表中的对应数据记录，而是设置该数据记录的删除标志字段。
106.步骤二：根据读取的模型定义信息，按照模型继承关系检查数据库中对应的数据库表是否已经存在；如果不存在，则按照继承顺序从祖先模型开始创建对应的数据库表。
107.由于本步骤会花费一定的处理时间，并且并不是软件在每次初始化时都必须执行，所以可配置是否执行本步骤。
108.步骤三：通过接口，处理外部对于模型的以下处理请求：命名空间的定义/更新/删除/查询/版本管理，并同步更新模型定义文件。
109.本步骤中，模型操作以元模型为基础，包含模型共同性操作，如类型定义，属性定义等，也包含不同类型模型的特殊化处理，如任务模型的输入/输出定义，流程模型的流程编排等。软件提供标准webapi接口进行操作，同时考虑到不同类型模型的特点，针对不同模型提供特别接口进行操作，例如，针对流程模型的特点，提供图形化接口进行流程模型的节点定义和流程编排。模型的版本管理包含创建新版本，查询版本和删除版本。
110.步骤四：根据步骤一获取的“模型操作与数据库操作的映射配置信息”，将前一步针对模型的操作转换成对数据库表的操作。
111.本步骤中，通过“模型操作与数据库操作的映射配置信息”，将对模型的操作转换为对数据库的操作。例如：为模型添加属性，转换为对数据库表添加字段。同时针对不同的数据库需配置不同的映射关系，本软件支持关系型数据库和非关系型数据库。
112.步骤五：通过接口，处理外部对于模型实例的创建更新/删除/查询/版本管理的处理请求，处理后的模型实例信息缓存到内存中。
113.步骤六：根据步骤一获取的“模型实例操作与数据库操作的映射配置信息”，将前一步针对模型实例的操作转换成对数据库数据记录的操作。
114.本发明中，需要强调的是，步骤五和步骤六，与步骤三和步骤四并不是绝对的前后逻辑关系。步骤五和步骤六中进行的模型实例操作，可在步骤一读取已有模型的基础上进行。步骤三和步骤四主要是针对自定义模型。
115.本发明提供的基于元模型进行系统工程数字化建模系统，作为一个实施例，可用于实现某热源发电系统协同设计平台。该平台底层数据管理应用本发明，实现业务数据建模(即结果模型和关系模型)，任务建模及流程建模，并集成其原有的设计软件。
116.通过建模接口上实现系统建模交互界面。通过该界面可以进行结果模型和关系模型的定义，命名空间的相关操作。本案例中用户通过该界面创建需要的结果模型和关系模型。
117.通过设计任务建模的交互界面，包含任务模型所特有的输入、输出、工具配置及图形输出配置内容。本案例中通过该界面创建设计任务，通过任务模型的输入/输出配置与结果模型关联，通过工具配置将原有的设计中使用的软件集成到设计任务中。
118.通过流程建模的交互界面，可从“流程编辑”中选择流程节点，在“流程图”区域可进行流程的编辑。其中流程节点可选择已创建的任务模型。
119.在本发明的实例管理基础上可实现客户业务数据管理，采用树状结构，树状结构的每一个树节点是自定义模型实例，每个模型实例通过关系关联组成业务系统。
120.本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
121.1、通过元模型(mof)建模，可有效解决业务数据一致性与信息共享问题，可以支持系统模型的任意扩展，能够支持复杂业务系统长周期下对数据的各种演变管理需求；
122.2、通过定义关联关系，具备追踪和检索功能，能够通过任意模型对象找到与之联系的各类型对象；
123.3、支持采用继承的方式支持建立分阶段的不同模型，并通过继承关系进行转阶段继承；
124.4、基于过程模型，通过在流程中装配任务模型实现在设计流程上的协同，通过流程间的数据流转，实现系统与分系统的流程协同。
125.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。