文摘

一个UML概要文件描述了轻量级的UML扩展机制定义定制的刻板印象,标记值和约束。它们被用于UML元模型适应不同的平台和领域。在本文中,我们提出一个模型支持事件驱动仿真的UML概要文件。特别是,我们使用Arena仿真工具和我们关注采矿过程域。概要文件提供了一个简单的方法来获得明确的规范,由对象管理组(OMG)。他们可以用作presimulation技术获取矿业固体模型。在这个工作我们提出一个新的概要文件扩展UML元模型;特别是我们关注活动图。这个扩展的模型应用于一个行业问题涉及加载和运输矿产开采领域的过程。

1。介绍

文学在正式使用统一建模语言(UML) (1巨大而快速增长。这个工具成为建模标准在1990年跟随什么改变了世界的软件(2]。UML模型可以从不同的角度任何系统。建模系统从不同的角度可以清楚地选择你想做的事。这是因为UML是一种语言,拥有自己的特殊的规则,语义,语法。

可以使用UML作为文档的代码,但它也作为指定系统的一种手段。模型驱动架构(MDA) (3)要求完成系统从UML模型自动生成。如果语言没有精确定义,生成的模型系统可能不是创造者。

UML具有抽象语法加工的模型转换和代码生成。之间的关系在UML中具体的图解语法和它所代表的抽象语法是足够复杂误差的一个潜在来源。精确地定义这种关系可以简化图形化模型编辑器的创建和促进动画(4)和逆向工程。应清楚地标明具体的语法定义,抽象的语法,语义,它还应该指定这些部分之间的关系。

UML定义了几种类型的图查看系统的动态方面。这些图表类型之一是活动图(5)用于这项工作文档工作流系统中。UML图适用于系统分析、设计和开发。然而,UML及其图不能准确地指定特定域的概念。这就是为什么UML的概念体现了配置文件。概要文件定义的对象管理组织(OMG)的规范(1),是一组预定义的刻板印象,标记值、约束(通过使用对象约束语言(OCL)),和符号图标,集体专门化和裁缝UML到一个特定的域或过程。当这些元素可以清楚地介绍了模型可视化和软件开发商可以改善沟通和建立一个公共的词汇表。还配置文件允许将信息添加到模型转换到其他模型。对象约束语言(OCL)约束添加到UML元素的语义限制。概要文件的好处是,大多数UML工具可以很容易地应用它们。当使用概要文件没有必要定义一个特殊的符号和特殊工具(使用UML工具)。

UML元模型(包括实体和关系)的域是一个面向流程的工具。图形结构的建筑图或流程图。这些图显示了所需的步骤数量一个实体,因为它进入系统。

系统分析和设计的另一个强大的工具是模拟。其好处是适用于几乎所有类型的行业。它包括设计一个特定系统的模型来解决它通过数值计算方法(算法)和随后的执行一系列的实验,目的是理解的行为,这样的系统在一定条件下(6]。模型应该能够尽可能准确地再现实际过程的行为。有许多通用的仿真软件7- - - - - -10];在这个工作我们关注领域10)模拟,因为它已经成为了市场领先离散事件仿真软件。

调和两种方式接近相同的主题,即UML和模拟,在这项工作我们建议模型系统的加载和运输材料领域的采矿业。特别是,我们建议使用概要文件扩展UML元模型。目标是适应UML元模型能够代表竞技场的基本模块。

该概要文件的好处是,(a)它允许重用领域仿真软件创建的刻板印象。此外,这些刻板印象可以应用于其他面向流程的仿真软件。我们也可以使用它们或者把它们作为其他面向流程的仿真软件的一部分。

本文组织如下。部分2提出了相关工作。竞技场仿真软件简要描述的部分3。部分4介绍我们的采矿过程的研究。部分5礼物该概要文件实现一个模拟环境和OCL约束。结论中包含部分6。

2。相关工作

建模与仿真技术提供的可能性研究新策略和预测新政策的影响,新设计,新策略,否则会太贵,甚至不可能实现和测试真实情况。UML建模和仿真方法模型从两个不同的社区(或角度),但是它们可以用于类似用途。

最近的一些方法和建模与仿真技术已经在(11- - - - - -13]。特别是,作者在11使用遗传算法来提高成分分析。该技术应用于模拟数据收集从田纳西伊士曼化学工厂。工作(12)评估基本的数据驱动的过程监控和故障诊断的方法。也在这种情况下,田纳西伊士曼(TE)过程的基准是用来说明讨论的效率的方法。最后,在[13)作者提出一个架构容错控制可以在网上重新配置。该方案与TE基准评估模型。

在这个工作我们关注UML建模和仿真技术广泛应用于系统工程。虽然这两种方法分别进化,有一些作品(14- - - - - -17)与特定的仿真软件集成建模工具。

在展示的作品14,15]显示UML-Arena组合是用来创建一个模型。那么这个模型重用的模拟环境领域的软件。在[14]作者描述的使用活动图自动生成仿真模型并提出使用一种算法作为解决方案来自动将UML模型(只有活动图)转换成仿真模型。同样,作者在15)显示了使用UML活动图建立仿真模型的基础,然后在舞台上运行模拟软件。

换句话说,这些研究显示方法为竞技场活动图转换成仿真模型。然而,他们不利用UML概要文件。配置文件创建一个可以复用到其他环境具体情况类似的特征,从而节约时间和增加配置文件创建的多功能性。

在[解释18),OMG定义领域特定语言定义了两种可能的方法。在第一个,定义一种新的替代语言(19]。一种新的定制语言会产生合适的特定符号将匹配一个特定的应用程序域的概念。然而,随着新的语言不尊重UML语义,它将不允许使用商业UML工具绘制图,生成代码,等等18]。第二种方法(Profiles)使用UML元模型尊重原文语义的UML元素(类、属性等)。但是新的约束添加到定义和这些元素的关系。

的作品20.- - - - - -22]显示配置文件来定义不同的环境的多功能性(应用程序域),它扩展了UML规范(不仅语法语义通过正式的OCL约束)。特别是,工作在20.)显示了定义的方式与概要设计模式,提出了建筑水平。它显示了一个概要文件的定义对于一个特定的模式,以及一个UML工具如何足以介绍配置模式。分析使用概要文件定义的优点,文档,可视化设计模式。

工作(22]表明ck度量的定义适用于面向方面的设计(AOD)使用UML概要文件。一个新的度量的定义使用指定配置文件没有修改OMG元模型。OCL正式规范。定义配置文件允许应用方法使用大气气溶胶和允许测量设计。的计算资源是一种活动,可以提高软件开发。工程师可以导入这个概要文件的任何UML工具和测量大气气溶胶的质量。他们不需要建立一个特定的大气气溶胶的工具。他们可以使用任何UML工具,从而提高面向方面发展的质量。

在[21),创建组件的Java EE 6业务平台技术的业务流程与业务流程模型建模符号(BPMN) 2.0。这一代是通过定向模型的上下文中执行三个转换体系结构(MDA)。首先,BPMN 2.0技术模型转化为一个UML类模型。然后类模型转化为一个模型与Enterprise Edition (Java EE)配置文件。最后最后生成的模型是通过Meta Object Facility脚本(MOFScript)转变成Java EE组件。转换执行的查询视图转换关系和MOFScript (QVT)。这项工作贡献与概要文件之间的转换生成Java EE业务组件相关的业务流程,所以它有助于提高开发效率和减少设计错误。

在[16),提出UML作为一个有效的建筑结构混合生产系统的仿真模型,在机器交流通过网络或使用缓冲区。模型是用MATLAB语言实现(23]。UML用于建模,但UML概要文件不考虑。

工作(24]介绍了相关研究成果建模和仿真过程的主要步骤(例如,设计仿真实验),以及仿真的应用为解决不同的问题,复杂系统固有的操作(例如,分析、优化和管理)。特别是,作者描述一个工具集模拟方法将模拟与其他科学的方法分析、复杂系统的优化和管理。这个工具允许将UML模型转换为模拟环境;尤其是竞技场使用模拟环境。

UML也被用于与其他仿真软件开发者合作(25)或佩特里网。在[26),作者提出了扩展的UML图随机属性。这提供了可能性,为进一步开发模型的模拟使用仿真工具叫做开发者(25]。作者使用用例和活动图生成的UML模型。另一方面,工作在17)提出了一个方法传递知识给学生。提出结合使用Petri网和UML来建模业务流程作为一个系统的离散事件。这些文件创建UML概要文件。

在本文中,我们专注于使用UML活动关系图如presimulation技术,因为他们允许捕捉动态方面的一个系统的行为。我们扩展UML元模型通过定义概要文件为一个特定的领域。不同于以前的工作,像中描述14,15UML元模型),我们的工作确保不修改,这也符合所有的语义。此外,我们建议的配置文件指定的形式OCL (27)语言,允许重用(1)拟议中的刻板印象与其他仿真软件和(2)的仿真模型重用任何工具,包括配置文件。

3所示。模拟与舞台

建模与仿真提供了依据各种问题的有效解决复杂系统的操作分析,优化,和管理和行业问题挖掘过程,等等。模拟被认为是最有效的技术之一,物流系统的分析和计划。

使用模拟,可以包括通过正确识别概率分布随机性直接取自研究数据。例如,在这项工作我们考虑材料的加载和运输领域的采矿业。在这种情况下,可能有十字路口道路或狭窄的小路,一次只允许一辆卡车移动。仿真还允许包括故障发生时系统的分析和评价。

其他技术,如电子表格或线性分析,目标,动态规划是有用的最大化或最小化一个元素(例如,成本、利用或等待时间)。但这些技术限制的分析,只有一个元素,经常以牺牲次要目标。他们不允许随机性。特别是,电子表格分析部队使用的平均时间和将无法准确地描绘现实生活中存在的差异。

Arena仿真软件(10)是一个将军提出仿真工具使模型在一系列模块的建设或基本组件组织的层级结构。Arena仿真软件建模支持图形化设计的高水平。它还包括一个较低的水平的建模包括具体到达时间,服务时间,调度的过程,等等。

模型是使用模块开发的基本流程。在舞台上,模块的流程图和数据对象定义流程模拟。模拟过程所需的所有信息存储在模块。相关的动力学过程可以看作是网络中节点的实体流通导致系统状态的改变。实体与属性和变量所提供的服务资源竞争。实体物品(如卡车、矿物等)被提供或生产。

图1显示了一个简单的模型构建与舞台。创建模块仿真模型实体的起点。创建实体之间使用一个时间表或基于时间到达。然后离开实体模块通过系统开始处理。这个模块的实体类型被指定。流程模块的目的是仿真的主要处理方法。它们包括实体的资源竞争。发布的资源由一个实体必须保留在模型中。否则,会发生死锁。决定模块允许系统中决策过程。 Finally, the DISPOSE modules are ending point for entities in a simulation model.

模型建立后,我们可以运行模拟,获得不同的指标和统计数据等资源利用率,等待时间,等等。

4所示。案例研究:采矿过程

一个真正的系统模型是至关重要的决策时的基础。一个系统模型提供了计划以更少的错误的可能性。但更重要的是,它可以研究新的操作程序,可以反复使用而不干涉系统的操作和日常活动。

概要提出了工作是应用于系统的负载和运输的矿物质。在采矿过程中,一旦岩石或矿物被从其提取网站,它需要立即运送至最终目的地。一般来说,交通系统由一组卡车。

有几个因素考虑选择卡车,最重要的因素是我能力的车辆。满足日常生产需求是必要的:(a)一个好的性能的设备,也就是说,达到完美的匹配“汽车挖掘机”,以达到最大的矿产和(b)的提取和交通路况应该保养的很好。

中所执行的任务的日常周期开采过程(28,29日]从钻井网的定义(根据高度、质量和数量的爆炸)。然后,孔中钻出。然后介绍了炸药爆破的进洞里。其目的是分离场和粉碎的岩石。然后抨击材料装到卡车上,运往卸货区。

4.1。采矿过程模拟领域

在本节中,我们解释如何执行负载的设计和交通领域的矿物质的采矿过程使用Arena仿真工具。然而,我们强调的是,本文的重点不是仿真设计/评估采矿作业但是概要设计的离散事件模拟应用于采矿项目领域。

我们模型的交通系统石灰石采石场。卡车装载点之间移动的放电点使用默认路由。周期始于卡车(≪创建≫)的释放操作方面。卡车是分布在三个不同的区域(使用模块≪决定≫)来加载矿物。分配比例的≪决定≫模块是基于材料的质量和数量。一旦进入卸货区(≪过程≫),如果叶片(≪资源≫)是免费及时装载卡车。否则,应排队(≪队列≫),直到资源被释放。

当加载过程结束时,卡车指向放电区(≪过程≫),这可能是植物或无菌区域内,根据具体材料运输。这个循环重复根据预定的工作。

表1和2目前参与石灰石采石场卡车从/到/从操作方面的处理工厂。卡车卸货矿物成槽处理工厂。在操作方面,我们发现铲子装载卡车。比装载卡车卸货卡车移动得更快。然后所需的时间将卸载卡车从操作方面的处理工厂是小于所需的时间装载卡车从操作方面转移到处理厂如表所示1。在表2我们表明,时间加载/卸载卡车遵循指数分布。

图2显示了仿真设计实现的舞台。在这个特殊的例子中,我们评估石灰石采石场的交通系统与树操作方面。我们设置了最大数量的卡车到5。卡车的数量已经被选为避免长时间排队。从每个操作前卡车富含矿物质具有不同“低价值”,即与不同矿物的质量。在每个操作前铲负责把卡车的矿物。决定每个车的路线我们使用一个“多方偶然”≪决定≫模块和我们每个路线的比例33%。

表3显示结果我们运行仿真后20天(每天工作时间16日)。正如我们之前说的卡车的数量设置为避免长时间排队。因此,结果表明,等待卡车的平均数量在每个≪资源≫(处理厂,铲子1,2,3)小于1,在最坏情况下的排队时间是不到1分钟。

5。UML概要文件定义采矿过程模拟

UML使用一个称为概要文件的机制(1模型适应特定的领域。一个概要文件包括三个要素:刻板印象,标记值,和约束。刻板印象扩展UML的词汇,可以将标记值(属性相关的扩展元素)和限制20.,22]。这些扩展机制允许特定的领域适应现有的元模型。

概要文件是原型的主要建设者,表示像≪原型≫1]。它有相同的结构或元素(属性、联系和操作)的UML元模型。所以,是不允许修改的语义,结构,和最初的概念30.标准的UML。

拟议中的刻板印象相关组件的活动图5),因为他们很容易适应描述仿真模型(31日,32]。这张图已经建立适当的符号和概念显示的步骤(活动),决策点和分岔,发生在一个事务,这样更易于显示。特别是在这项工作中,我们使用了Rational Software Architect (RSA)工具(33)支持OCL限制的优势。但可以使用任何工具支持UML概要文件。

执行的语义分析来获得相应的等价形式允许识别类的活动图是必要的扩展通过刻板印象。仿真软件有更多的模块,除了那些这里提到,有些标识与其他类的UML。概要文件的元素部分UML元模型的一个子集用于仿真环境。因此,概要介绍了工作扩展基类:InitialNode,行动,DecisionNode, ActivityFinalNode, JoinNode, ObjectNode ForkNode属于活动图。

虽然,每个形象都有自己的属性,用户可以编辑值这些属性。图3显示了一片loading-transportation周期,它突出了原型的属性≪创建≫和其相应的值。

原型≪创建≫扩展了InitialNode元类。InitialNode是一个起点一个活动的实现。在UML规范中,上层建筑v2.1.2 [5],InitialNode被定义为一个泛化的控制节点对象开始流时通过系统调用一个活动。这个包属于基本活动的内核抽象语法的UML元模型中定义OMG (5]。创建模块属性,定义输入参数,必须由用户定义的时候开始仿真。图4显示了原型和扩展的元类。在仿真模型的起点,我们考虑(a)传入流量生成(随机或编程常数)以及(b)数量的实体系统单位时间内到达。在采矿过程中所描述的这个工作,每一个卡车进入系统是一个起点。

图5显示了OMG的元模型相应的规范。在这个图我们显示的元类命名InitialNode泛化的元类ControlNode命名。

刻板印象≪过程≫,≪分配≫,≪≫注册有一个基类命名的行动5在UML元模型)。例如,如果我们用一个元素类型的≪过程≫在UML模型中,这意味着原型≪进程≫的行为类似于其基类。此外,它必须满足与OCL指定的语义。图6显示了元类名叫≪行动≫及其对应的刻板印象。为我们研究开采过程的具体情况与加载和运输、≪过程≫原型代表了加载操作通过铲。

名为JoinNode的UML类(5是贯穿一群所谓的≪≫原型如图7。在仿真模型中,这个类应该指定实体是集群的数量以及如何组合这些实体(指是否使用随机的组或,相反,应该分组根据一个特定的实体属性)。

类命名ObjectNode贯穿四原型≪实体≫,≪WaitingQueue≫,≪资源≫,≪≫设置如图8。UML元模型的基类命名ActivityFinalNode [5)是延长称为≪处理≫的刻板印象。基类命名ForkNode贯穿一个原型称为≪分裂≫[5]。这是显示在图9。

刻板印象≪决定≫[5)扩展了UML元类DecisionNode命名。图10显示了这种关系。

仿真模型的基本模块,集成相关领域彼此通过连接器(10]。这些连接器表明实体模型中的流。这些连接器的元类活动图表示控制流。没有必要扩展这个基类,因为是一个双边匹配的语义。

刻板印象上面定义集成的模拟配置文件应用于采矿过程。扩展的元类是由于观察的行为获得的基本模块仿真过程。这个分析显示,尽管他们分享相似的语义,这些模块有特定的属性,不是在UML中指定基类,这就是为什么我们扩展这些类,如前面所述的段落。

5.1。OCL的限制

一个模型是一个抽象的系统。特别是在这个工作我们采矿的过程模型。它应该尽可能准确。为了找到一个明确的和一致的模型,有必要将开发概要文件的限制。

提出的语言UML指定的限制图是所谓的OCL(对象约束语言)27]。OCL的提供了一个方便的方式与高度的一致性模型,因为它是一个正式的语言用来描述模型中的关键字(34),使他们更准确和更少的模糊。

OCL是完全集成到UML。我们可以检查值模型的元素和设置限制。限制的一个例子形象元素,在这种情况下,成见≪决定≫,especify算法1。

验证模型的限制实现目的,提出适用的刻板印象。如果发生错误,立即观察。在这种情况下,我们可以引入修正模型符合预先制定条件和调和与预期的结果。

6。结论

UML允许表达特定概念的离散事件仿真在矿业领域,通过扩展的基本类。特别是,仿真软件模块像创建和处理很容易认同活动图的元素。这个特性提供了高功能提出的扩展模型,因为其行为类似于模拟系统。系统验证是通过将概要文件应用到采矿过程中,在load-transport循环的一个关键部分是一个水库,满足日常生产的要求。

有一个标准的语言像UML意味着可以获得一个没有模棱两可的概念模型与原型结构良好的规则。在本文中,我们提出了一个扩展的UML的基本元素领域仿真软件,它提供了一个更高层次的抽象。这两个综合视觉语言(UML和模拟)帮助建立一个一致的过程模拟模型。因此,结合这两个工具都促进发展的一个系统。

从两个层面提出概要提出了优势。

元模型层。在此级别,可以使用任何UML工具支持配置文件导入矿业配置文件中定义这个工作。通过这种方式,任何工程师可以使用任何UML工具来构建他们的挖掘模型使用相同的建模语言(UML概要文件)。第二个优势是,如果使用一个模拟语言,除了舞台,或者同一领域扩展和新特征,这些特征可以很容易地纳入概要文件。工程师使用建模语言(UML)独立的仿真语言(竞技场,Simula停靠,等等)。矿业UML概要文件可以包含任何仿真语言的特定的语义。最后,使用正式的语言支持数学规范如OCL(一阶逻辑,集合理论和理论袋)确保更准确的模型比其他传统采用的建模语言,如ERD(实体关系图),过程(数据流图)作为通用建模语言或ExtendSim套件,竞技场块作为特定的建模语言。数学规范作为OCL规范包含在元建模的概要文件。因此,提出UML概要文件可以重用与OCL任何UML工具,包括配置文件定义。

模型层级。在这个层次上,工程师使用提出概要文件构建它的标准模型,这些模型可以用于任何采矿环境。刻板印象可以应用与任何采矿过程仿真软件(不仅舞台)。此外,任何UML工具,允许将根据OMG标准配置文件可以用来修改这些模型。最后,我们获得了与OCL验证数学模型。这些都是更准确的模型根据配置文件中指定的限制水平。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。