引言

　　 地面導(dǎo)航裝備維修保障系統(tǒng)是一個(gè)包含裝備、人員、備件、信息和管理等因素的離散事件復(fù)雜大系統(tǒng),由于導(dǎo)航裝備維修保障系統(tǒng)的離散性、隨機(jī)性和復(fù)雜性決定了在對(duì)它進(jìn)行建模描述和分析時(shí)的困難性,

　　使用仿真技術(shù)開展導(dǎo)航裝備維修保障研究,可以全面地考慮可能發(fā)生的問題,準(zhǔn)確反映動(dòng)態(tài)與隨機(jī)的系統(tǒng)特性,節(jié)約研究時(shí)間與費(fèi)用,是進(jìn)行維修保障研究的最佳方法。作為戰(zhàn)場(chǎng)保障裝備的重要組成部分,

　　導(dǎo)航裝備的維修保障過程具有自身的特點(diǎn),不僅需要考慮裝備本身的功能、結(jié)構(gòu)、任務(wù)范圍和使用特點(diǎn),同時(shí)也必須考慮整個(gè)使用與維修環(huán)境、保障資源的數(shù)量與配置,以及保障系統(tǒng)中人力、物力、信息和管理等方面的特性。

　　這是一個(gè)復(fù)雜與動(dòng)態(tài)的相互作用過程,如何運(yùn)用仿真語言正確描述維修過程是導(dǎo)航裝備維修保障建模中的主要問題之一。

　　1.Petri網(wǎng)和UML的層次建模分析方法的特點(diǎn)任何一個(gè)離散動(dòng)態(tài)系統(tǒng)都有著靜態(tài)部分和動(dòng)態(tài)部分。

　　基于UML 和Petri網(wǎng)的層次建模分析方法就是將一個(gè)系統(tǒng)一分為二動(dòng)態(tài)部分則采用Petri網(wǎng)來描述,靜態(tài)部分是由UML 來描述,用例圖和類圖來描述系統(tǒng)的靜態(tài)屬性,通過兩者結(jié)合來描述系統(tǒng)的整個(gè)組織結(jié)構(gòu)以及子系統(tǒng)之間的連接關(guān)系包括資源共享、消息傳遞和同步。Petri網(wǎng)和UML具有不同的特征:

　　1) Petri網(wǎng)具有形式化的嚴(yán)格性,UML有友善的用戶界面;

　　2) Petri網(wǎng)可以直接分析驗(yàn)證系統(tǒng),UML可以有效地描述系統(tǒng);

　　3) Petri網(wǎng)善于模擬仿真系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,UML模型能夠容易編程實(shí)現(xiàn)。

　　基于Petri網(wǎng)和UML 的互補(bǔ)性,本文試圖綜合UML對(duì)用戶友好、能夠有效描述系統(tǒng)和Petri網(wǎng)具有形式化的嚴(yán)密性、能夠嚴(yán)密地分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的這兩種方法。運(yùn)用UML 和Petri網(wǎng)各自的優(yōu)點(diǎn),采取向面向?qū)ο驪etri網(wǎng)模型向UML模型的映射方法把它們集成起來。

　　2.基于UML和Petri網(wǎng)方法建模思路

　　首先分析系統(tǒng),建立了系統(tǒng)運(yùn)行過程的面向?qū)ο蟮腜etri網(wǎng)模型,而后按照UML模型提取仿真實(shí)體,使用UML 狀態(tài)視圖分別表示每個(gè)實(shí)體對(duì)象的狀態(tài)變化及相關(guān)事件;使用順序圖表述各個(gè)實(shí)體消息交互,并使用協(xié)作圖將各個(gè)實(shí)體連接成一個(gè)大系統(tǒng)。

　　因?yàn)閁ML狀態(tài)視圖包含了對(duì)象狀態(tài)變化的控制條件、活動(dòng)、操作以及消息傳遞;而順序圖則表現(xiàn)了消息傳遞的時(shí)序性,因而結(jié)合兩者可以表現(xiàn)仿真過程的控制流。以上建模過程對(duì)照了面向?qū)ο驪etri網(wǎng)的構(gòu)建過程,所建立的UML 模型既是仿真模型,也是軟件模型,因此可以直接用rational rose軟件實(shí)現(xiàn)。

　　第一步:根據(jù)對(duì)象Petri網(wǎng)轉(zhuǎn)化為UML 模型的狀態(tài)圖:1)對(duì)于相對(duì)應(yīng)的對(duì)象著色Petri網(wǎng)的庫所都映射為各個(gè)被轉(zhuǎn)變?yōu)闊o子狀態(tài)的所有狀態(tài);

　　3.基于OPN的導(dǎo)航裝備維修保障過程描述

　　1)按照面向?qū)ο驪etri網(wǎng)的組織結(jié)構(gòu)模型描述,每個(gè)子系統(tǒng)都有端口與外界通過端口交換信息。端口從功能上分為輸入端口和輸出端口,從用途上來分有消息端口和資源端口,因此子系統(tǒng)的端口可分為四類:消息輸入端口(▽)、資源輸入端口(▼)、消息輸出端口(△)、資源輸出端口(▲)。對(duì)應(yīng)的面向OPN模型圖,限于篇幅本文給出了導(dǎo)航裝備和中繼級(jí)修理機(jī)構(gòu)和備件倉庫的庫所、端口和變遷說明,

　　2)將對(duì)象Petri網(wǎng)的弧映射為所有無子狀態(tài)的狀態(tài)遷移;

　　3)將對(duì)象Petri網(wǎng)的變遷映射為所有無子狀態(tài)的遷移動(dòng)作。第二步:從對(duì)象Petri網(wǎng)提取出UML 模型的仿真實(shí)體。第三步:將Petri網(wǎng)轉(zhuǎn)換為UML順序圖。

　　1)UML中的順序圖將交互關(guān)系表示為一個(gè)二維圖;

　　2)按照對(duì)象分類的庫所組表示對(duì)象在其生命周期中的各個(gè)狀態(tài);

　　3)將消息分為對(duì)象之間通訊和對(duì)象自身調(diào)用。

　　具體方法是:按弧指向的順序逐個(gè)考察庫所組中的相鄰庫所之間的變遷,如果變遷的前置集包含不屬于該庫所組的庫所,那么將該庫所到此變遷的弧轉(zhuǎn)換為UML消息。如果是庫所組內(nèi)的則轉(zhuǎn)化為本對(duì)象自身操作調(diào)用。根據(jù)狀態(tài)機(jī)圖、和原Petri網(wǎng)可以容易順序圖。Rational Rose也提供了直接轉(zhuǎn)化功能,這里不再詳述。

　　4. 2　導(dǎo)航裝備指揮中心模型

　　導(dǎo)航裝備指揮中心模塊的模型,該模塊驅(qū)動(dòng)整個(gè)仿真系統(tǒng)的運(yùn)行。在仿真進(jìn)程啟動(dòng)后,該模塊即開始生成導(dǎo)航任務(wù),并向相應(yīng)的導(dǎo)航裝備對(duì)象下達(dá)任務(wù),發(fā)送“下達(dá)任務(wù)”消息。當(dāng)預(yù)定仿真的導(dǎo)航任務(wù)完成后,模塊停止運(yùn)行,退出仿真進(jìn)程。

　　4. 3　導(dǎo)航裝備模型

　　導(dǎo)航裝備是維修保障過程的主體,圖5是使用狀態(tài)視圖表示的導(dǎo)航裝備模型。在仿真過程中,導(dǎo)航分隊(duì)在接到“下達(dá)任務(wù)”消息后,進(jìn)入“準(zhǔn)備等待”狀態(tài)。

　　4.基于UML的導(dǎo)航裝備維修建模分析

　　4. 1　仿真實(shí)體的提取與相互關(guān)系

　　根據(jù)導(dǎo)航裝備維修保障的實(shí)際過程,整個(gè)模型可分為導(dǎo)航裝備指揮中心、導(dǎo)航裝備、本機(jī)修理機(jī)構(gòu)和備件倉庫四個(gè)模塊。其中,導(dǎo)航指揮中心負(fù)責(zé)導(dǎo)航任務(wù)的下達(dá);各導(dǎo)航裝備負(fù)責(zé)完成下達(dá)的任務(wù);本機(jī)修理機(jī)構(gòu)分為基層級(jí)、中繼級(jí)、基地級(jí)修理機(jī)構(gòu),各修理機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)導(dǎo)航裝備的維修和送修,中繼級(jí)和基地級(jí)修理機(jī)構(gòu)有所屬的備件倉庫;備件倉庫負(fù)責(zé)導(dǎo)航裝備備件的供應(yīng)與存貯運(yùn)輸。

　　所有實(shí)體相互協(xié)作完成所有使用、維修和保障任務(wù)。開始人員準(zhǔn)備和裝備調(diào)試檢查;在得到來自導(dǎo)航指揮中心的“準(zhǔn)備響應(yīng)”后,導(dǎo)航裝備進(jìn)入“任務(wù)前準(zhǔn)備”狀態(tài),準(zhǔn)備實(shí)施保障,并實(shí)時(shí)上報(bào)裝備狀態(tài);在“任務(wù)前準(zhǔn)備”結(jié)束后向?qū)Ш街笓]中心發(fā)出“準(zhǔn)備結(jié)束”的消息,接到導(dǎo)航指揮中心命令開始實(shí)施導(dǎo)航保障;在裝備完成預(yù)定任務(wù)后,裝備重新進(jìn)入“待命”狀態(tài),
并向?qū)Ш窖b備指揮中心報(bào)告自身狀態(tài)。

　　如果在準(zhǔn)備過程中或者實(shí)施導(dǎo)航過程中發(fā)現(xiàn)故障,則裝備進(jìn)入“維修等待”狀態(tài),本級(jí)維修對(duì)損傷裝備進(jìn)行損傷評(píng)估后,發(fā)出“維修響應(yīng)”,調(diào)度人員、備件、維修工具等資源等待維修,若無法完成本級(jí)維修,向上級(jí)維修機(jī)構(gòu)發(fā)出“維修申請(qǐng)”,在得到“維修響應(yīng)”后進(jìn)入“維修”狀態(tài),完成維修后發(fā)送“維修結(jié)束”信息,并返回“待命”狀態(tài)。

　　4. 4　維修機(jī)構(gòu)模型

　　基層級(jí)維修機(jī)構(gòu)建模,中繼級(jí)維修機(jī)構(gòu)和基地級(jí)維修機(jī)構(gòu)原理基本相同,這里不再贅述。該模塊負(fù)責(zé)維修保障仿真過程的人員與設(shè)備等維修保障資源的調(diào)度。在接到導(dǎo)航裝備的維修申請(qǐng)后,維修機(jī)構(gòu)將根據(jù)當(dāng)前的資源狀況調(diào)度資源,如果資源滿足需求,則向相應(yīng)的裝備對(duì)象發(fā)送維修與準(zhǔn)備響應(yīng),并將所需的資源轉(zhuǎn)入維修與準(zhǔn)備狀態(tài)。當(dāng)接到維修結(jié)束消息后,將相應(yīng)資源轉(zhuǎn)入可用狀態(tài)。

　　4. 5　備件倉庫模型

　　備件倉庫模型。在接到導(dǎo)航裝備維修機(jī)構(gòu)或下級(jí)備件倉庫的“備件申請(qǐng)”消息后,該模塊將對(duì)可用備件進(jìn)行調(diào)度,檢查備件狀況,如果滿足需求,則發(fā)出“備件響應(yīng)”,并在可用備件中去除相應(yīng)的備件,如果不滿足需求,則進(jìn)行相應(yīng)的延遲。

　　4. 6　維修時(shí)序

　　按照仿真過程進(jìn)行中各個(gè)對(duì)象進(jìn)行消息交互的順序圖。圖中按照各消息發(fā)生的時(shí)序描述了準(zhǔn)備過程中各個(gè)對(duì)象間的消息傳遞、維修過程的消息交互與其類似這種消息的交互過程反映了最后就是集成所有的UML模型,使用以上建立的系統(tǒng)模型進(jìn)行了進(jìn)一步細(xì)化與設(shè)計(jì)并在Rational Rose軟件中直接生成導(dǎo)致代碼的產(chǎn)生。運(yùn)用此模型可以對(duì)導(dǎo)航裝備維修保障過程中的可靠性、維修性、保障性等各種因素進(jìn)行全面的仿真與分析,對(duì)導(dǎo)航裝備的維修保障優(yōu)化參考有著一定的理論與應(yīng)用價(jià)值。

　　5.結(jié)束語

　　本文主要目的是為了探討Petri網(wǎng)和UML 相結(jié)合方法在導(dǎo)航裝備維修保障模型的應(yīng)用,該方法是一種從上到下的層次建模分析方法能夠?qū)Σ煌瑢哟蔚南到y(tǒng)進(jìn)行研究。通過Petri網(wǎng)模型向UML模型的轉(zhuǎn)化改變了傳統(tǒng)方法不足使UML模型能夠充分的描述系統(tǒng)的并發(fā)同步和沖突性質(zhì),

　　這樣就使一個(gè)復(fù)雜的導(dǎo)航裝備維修保障系統(tǒng)模型變得容易理解,下一步筆者將進(jìn)一步深人研究Petri網(wǎng)向UML轉(zhuǎn)化的嚴(yán)密性,如:順序圖中如何描述資源共享、并發(fā);如何更好地描述狀態(tài)圖之間的關(guān)系以及該方法在Web程序開發(fā)中的應(yīng)用等方向。

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