引言

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

　　使用仿真技術(shù)開展導航裝備維修保障研究,可以全面地考慮可能發(fā)生的問題,準確反映動態(tài)與隨機的系統(tǒng)特性,節(jié)約研究時間與費用,是進行維修保障研究的最佳方法。作為戰(zhàn)場保障裝備的重要組成部分,

　　導航裝備的維修保障過程具有自身的特點,不僅需要考慮裝備本身的功能、結(jié)構(gòu)、任務范圍和使用特點,同時也必須考慮整個使用與維修環(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。

　　這是一個復雜與動態(tài)的相互作用過程,如何運用仿真語言正確描述維修過程是導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任何一個離散動態(tài)系統(tǒng)都有著靜態(tài)部分和動態(tài)部分。

　　基于UML 和Petri網(wǎng)的層次建模分析方法就是將一個系統(tǒng)一分為二動態(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)具有形式化的嚴格性,UML有友善的用戶界面;

　　2) Petri網(wǎng)可以直接分析驗證系統(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)的動態(tài)特性,UML模型能夠容易編程實現(xiàn)。

　　基于Petri網(wǎng)和UML 的互補性,本文試圖綜合UML對用戶友好、能夠有效描述系統(tǒng)和Petri網(wǎng)具有形式化的嚴密性、能夠嚴密地分析系統(tǒng)動態(tài)性能的這兩種方法。運用UML 和Petri網(wǎng)各自的優(yōu)點,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模型提取仿真實體,使用UML 狀態(tài)視圖分別表示每個實體對象的狀態(tài)變化及相關(guān)事件;使用順序圖表述各個實體消息交互,并使用協(xié)作圖將各個實體連接成一個大系統(tǒng)。

　　因為UML狀態(tài)視圖包含了對象狀態(tài)變化的控制條件、活動、操作以及消息傳遞;而順序圖則表現(xiàn)了消息傳遞的時序性,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軟件實現(xiàn)。

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

　　3.基于OPN的導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(▲)。對應的面向OPN模型圖,限于篇幅本文給出了導航裝備和中繼級修理機構(gòu)和備件倉庫的庫所、端口和變遷說明,

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

　　3)將對象Petri網(wǎng)的變遷映射為所有無子狀態(tài)的遷移動作。第二步:從對象Petri網(wǎng)提取出UML 模型的仿真實體。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)系表示為一個二維圖;

　　2)按照對象分類的庫所組表示對象在其生命周期中的各個狀態(tài);

　　3)將消息分為對象之間通訊和對象自身調(diào)用。

　　具體方法是:按弧指向的順序逐個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)化為本對象自身操作調(diào)用。根據(jù)狀態(tài)機圖、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　導航裝備指揮中心模型

　　導航裝備指揮中心模塊的模型,該模塊驅(qū)動整個仿真系統(tǒng)的運行。在仿真進程啟動后,該模塊即開始生成導航任務,并向相應的導航裝備對象下達任務,發(fā)送“下達任務”消息。當預定仿真的導航任務完成后,模塊停止運行,退出仿真進程。

　　4. 3　導航裝備模型

　　導航裝備是維修保障過程的主體,圖5是使用狀態(tài)視圖表示的導航裝備模型。在仿真過程中,導航分隊在接到“下達任務”消息后,進入“準備等待”狀態(tài)。

　　4.基于UML的導航裝備維修建模分析

　　4. 1　仿真實體的提取與相互關(guān)系

　　根據(jù)導航裝備維修保障的實際過程,整個模型可分為導航裝備指揮中心、導航裝備、本機修理機構(gòu)和備件倉庫四個模塊。其中,導航指揮中心負責導航任務的下達;各導航裝備負責完成下達的任務;本機修理機構(gòu)分為基層級、中繼級、基地級修理機構(gòu),各修理機構(gòu)負責導航裝備的維修和送修,中繼級和基地級修理機構(gòu)有所屬的備件倉庫;備件倉庫負責導航裝備備件的供應與存貯運輸。

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

　　如果在準備過程中或者實施導航過程中發(fā)現(xiàn)故障,則裝備進入“維修等待”狀態(tài),本級維修對損傷裝備進行損傷評估后,發(fā)出“維修響應”,調(diào)度人員、備件、維修工具等資源等待維修,若無法完成本級維修,向上級維修機構(gòu)發(fā)出“維修申請”,在得到“維修響應”后進入“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　維修機構(gòu)模型

　　基層級維修機構(gòu)建模,中繼級維修機構(gòu)和基地級維修機構(gòu)原理基本相同,這里不再贅述。該模塊負責維修保障仿真過程的人員與設備等維修保障資源的調(diào)度。在接到導航裝備的維修申請后,維修機構(gòu)將根據(jù)當前的資源狀況調(diào)度資源,如果資源滿足需求,則向相應的裝備對象發(fā)送維修與準備響應,并將所需的資源轉(zhuǎn)入維修與準備狀態(tài)。當接到維修結(jié)束消息后,將相應資源轉(zhuǎn)入可用狀態(tài)。

　　4. 5　備件倉庫模型

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

　　4. 6　維修時序

　　按照仿真過程進行中各個對象進行消息交互的順序圖。圖中按照各消息發(fā)生的時序描述了準備過程中各個對象間的消息傳遞、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)模型進行了進一步細化與設計并在Rational Rose軟件中直接生成導致代碼的產(chǎn)生。運用此模型可以對導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行全面的仿真與分析,對導航裝備的維修保障優(yōu)化參考有著一定的理論與應用價值。

　　5.結(jié)束語

　　本文主要目的是為了探討Petri網(wǎng)和UML 相結(jié)合方法在導航裝備維修保障模型的應用,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),

　　這樣就使一個復雜的導航裝備維修保障系統(tǒng)模型變得容易理解,下一步筆者將進一步深人研究Petri網(wǎng)向UML轉(zhuǎn)化的嚴密性,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)中的應用等方向。

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