賽博物理系統的多範式建模方法

《賽博物理系統的多範式建模方法》是2023年北京航空航天大學出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：賽博物理系統的多範式建模方法
• 出版時間：2023年7月1日
• 出版社：北京航空航天大學出版社
• ISBN：9787512441194

內容簡介

本書呈現了國際相關研究團隊在支持賽博物理系統多範式建模（MPM4CPS）方面的研究成果，書中內容源於領先行業的實踐經驗以及研究性文獻，聚焦該領域最先進的研究方法和實踐案例，涵蓋MPM4CPS研究團隊創建的理論基礎、形式化方法、工具以及相應教育資源和案例。讀者將從本書中了解賽博物理系統（CPS）設計和運用的關鍵問題以及解決方案，並可從必需的軟體工具的介紹中得到有關模型建立、分析和管理的有益指導。

讀者將從書中學習到有關基於模型的系統工程（MBSE）中全面套用建模與仿真技術的基本理論以及研究方向。本書可作為系統工程、自主系統等學科的研究生教材，使學生系統地學習多範式建模本體框架的最新理論，並通過案例研究領悟相應的工程實踐中的建模方法和分析流程。

圖書目錄

第1章引言1

1.1目標1

1.2本書概要2

1.2.1第一部分——本體框架3

1.2.2第二部分——方法和工具3

1.2.3第三部分——案例研究4

1.3致謝5

第一部分本體框架

第2章賽博物理系統多範式建模的本體基礎9

2.1概述9

2.2本體開發方法10

2.2.1建模模式11

2.2.2領域分析流程12

2.3建模語言與建模工具14

2.3.1特徵建模和FeatureIDE14

2.3.2網路本體語言（OWL）和Protégé14

2.3.3特徵建模與OWL的集成16

2.4本體架構16

2.5共享本體18

2.5.1語言領域概念（LinguisticDC）18

2.5.2工作流領域概念（WorkflowDC）20

2.5.3項目管理領域概念（ProjectManagementDC）22

2.5.4架構領域概念（ArchitectureDC）24

2.5.5範式領域概念（ParadigmDC）26

2.6示例介紹28

2.6.1基於合集的賽博物理系統29

2.6.2HPI賽博物理系統實驗室33

2.7總結3

參考文獻37

第3章基於特徵的賽博物理系統本體41

3.1概述41

3.2賽博物理系統的元模型42

3.3賽博物理系統的特徵模型43

3.3.1頂層特徵圖43

3.3.2CPS的構成元素44

3.3.3非功能性需求47

3.3.4套用領域52

3.3.5學科52

3.4CPS的架構52

3.5示例53

3.5.1基於合集的賽博物理系統53

3.5.2HPI賽博物理系統實驗室56

3.6總結58

參考文獻58

第4章支持多範式建模的本體60

4.1概述60

4.2最先進的本體61

4.2.1核心建模概念61

4.2.2多形式化建模方法63

4.2.3模型管理方法65

4.3MPM本體72

4.3.1核心建模概念74

4.3.2微模型尺度（Micromodelling scale）74

4.3.3巨模型尺度（Megamodelling scale）75

4.4示例80

4.4.1基於合集的賽博物理系統80

4.4.2HPI賽博物理系統實驗室（CPSLab）87

4.4.3仿真階段89

4.5總結103

參考文獻104

第5章支持賽博物理系統的多範式建模的集成本體114

5.1概述114

5.2最先進的技術115

5.2.1視角115

5.2.2基於模型的開發流程建模117

5.2.3建模範式118

5.3本體119

5.3.1視角119

5.3.2基於模型的工作流120

5.3.3建模範式121

5.4示例123

5.4.1基於合集的賽博物理系統（EBCPS）123

5.4.2HPI賽博物理系統實驗室126

5.4.3建模範式132

5.5總結134

參考文獻135

第二部分方法和工具

第6章通過雙半球模型驅動方法支持賽博物理系統的組合139

6.1概述139

6.2賽博物理系統的組件140

6.3系統組合背景環境下的賽博物理系統142

6.4雙半球模型驅動方法144

6.5雙半球模型驅動方法用於解決組合問題147

6.6總結150

致謝151

參考文獻151

第7章賽博物理生產系統原型開發中的多範式建模和協同仿真156

7.1概述156

7.2案例研究描述157

7.3技術159

7.3.1INTOCPS技術160

7.3.2初始模型161

7.3.3VDMRT/Overture的離散事件優先策略161

7.4方法論162

7.5子系統的建模163

子系統模型164

7.6驗證和確認167

7.6.1同構階段的實驗167

7.6.2與物理系統相關的同構仿真分析172

7.6.3異構階段的實驗172

7.7總結174

7.7.1兩個階段的開發174

7.7.2關於方法論上的見解175

致謝176

參考文獻176

第8章使用SEA_ML++開發基於智慧型體的賽博物理系統179

8.1概述179

8.2背景180

8.3相關工作1

8.4SEA_ML++183

8.4.1抽象句法183

8.4.2圖形化具體句法184

8.4.3轉換186

8.5使用SEA_ML++的基於智慧型體CPS的建模和開發186

8.6多智慧型體垃圾收集CPS的開發190

8.6.1系統設計190

8.6.2系統開發192

8.6.3演示證明194

8.7總結197

致謝198

參考文獻198

第9章CREST——用於混合CPS建模的DSML203

9.1概述203

9.2混合的形式化方法204

9.2.1定時和混合自動機工具206

9.2.2離散形式化的混合擴展206

9.3使用CREST開展領域特定的混合建模207

9.3.1CREST句法208

9.3.2CREST語義212

9.3.3驗證215

9.4實現216

9.5討論218

9.6總結219

參考文獻219

第三部分案例研究

第10章套用MPM方法開發基於物聯網和無線感測器網路的CPS——智慧型火災

探測案例研究227

10.1概述227

10.2需求獲取228

10.3系統設計231

10.3.1架構設計231

10.3.2詳細設計232

10.4建模和仿真236

10.5實現238

10.5.1硬體設定238

10.5.2軟體開發239

10.5.3日誌管理器241

10.5.4測試和驗證242

10.6FTG+PM框架下的多範式開發流程243

10.6.1形式化轉換圖形（FTG）246

10.6.2流程模型（PM）246

10.7總結247

10.8文獻和進一步閱讀248

致謝248

參考文獻248

第11章開發面向行業的跨領域的賽博物理系統學習規劃252

11.1概述252

11.2相關工作254

11.3白俄羅斯和烏克蘭的就業市場現狀256

11.3.1白俄羅斯就業市場的需要256

11.3.2烏克蘭勞動力市場的需要257

11.4COST行動對歐洲 CPS 課程的投入258

11.5識別行業的需要259

11.5.1關於CPS課程研究的方法259

11.5.2白俄羅斯研究機構調查分析260

11.5.3烏克蘭企業調查分析261

11.5.4研究機構調查結果263

11.6白俄羅斯和烏克蘭大學CPS課程的COST調查結果的驗證263

11.7討論與結論265

致謝266

參考文獻266

附錄縮略語表273