多域模型协同及集成环境构建技术研究.pdf

IM软件应用 Software Application102 2023年第5期多域模型协同及集成环境构建技术研究白燚，鱼瑛（金航数码科技有限责任公司（航空工业信息技术中心），北京 100028）摘要：针对 MBSE 各阶段工具之间的集成问题，通过研究开放式生命周期协作服务（OSLC）标准规范，基于 OSLC 规范建立统一的 OSLC 数据接口模型，实现基于同平台的多领域工具间的数据协同，支撑各领域模型间关系的创建及追踪，为航空复杂装备产品全生命周期数据共享奠定基础。关键字：OSLC；跨领域模型关联；数据集成；元数据；元数据架构1引言随着近年来航空产品复杂程度的不断增加，伴随而来航空产品及系统的复杂性都在不断增高，目前行业多采用 MBSE 模式支撑高复杂系统，在产品各生命周期阶段会跨多个工程领域，各阶段利益相关人使用不同的领域工具来解决领域遇到的问题，进而出现了各阶段软件之间的异构问题，导致前设计端和后物理端之间数据的割裂。另外，由于异构数据不能完全整合，导致企业内部信息孤岛的产生，成为进一步提升企业研发能力的障碍。对航空复杂装备各阶段模型数据进行整合，可以打破产品研发过程中遇到的不同领域间的数据和工作流的壁垒，可以极大地帮助企业进行信息化改革，降低研发过程中的交流、管理成本，从而加快产品研发效率。2国内外研究现状为了解决各平台之间的异构问题，像达索、IBM 和西门子等大型公司，多是通过收购、整合多个平台/工具到自己的大平台中，实现统一大平台的全生命周期数据、模型处理。另一种做法是一些小型的工具/软件使用OSLC（Open Services of Lifecycle Collaboration，开放式生命周期协作服务）标准接口，采用链接数据核心思想，实现异构系统的互联互通。对比以上两种做法，第二种异构系统集成的方式，能更好地保护现有企业的资产，未来应用拓展具有更好的灵活性。OSLC 是由 IBM 提出的一套技术规范，主要用于解决产品生命周期内各种工具的集成问题，消除不同工具之间数据交互的障碍1。Kennedy Sean2等详细介绍了OSLC 的域规范的基础就是 OSLC 核心规范，此规范以实现链接数据的应用集成来提供一种普遍适用机制。徐万磊3 提出了基于 JAZZ 框架采用 OSLC 的集成方法，通过设计与实现统一的服务接口，可以在各个模块之间直接查询和使用数据。Biehl Matthias4等讨论了 OSLC 作为工业工具集成计划的标准，在构建一个工具集成解决方案中，解决工具之间的必要数据交换。综上所述，本研究将基于 OSLC 标准进行集成环境构建，以支持多域模型关系的管理及追溯。Software Application 软件应用IM投稿网站： 2023年第5期 1033集成环境构建研究为了实现异构平台、多领域模型之间的集成，本研究选取航空复杂装备需求模型、功能架构模型和联合仿真模型的协同作为典型业务场景，经过 OSLC 数据接口设计，通过对各领域模型的元数据架构的表达，构建基础模型库平台，开展集成环境构建研究。3.1OSLC 数据接口设计为支持复杂装备的研制，在各阶段会使用到不同的软件/工具，会涉及到不同的标准。OSLC 的规范中也对通用数据接口进行了明确的定义和要求，目前已经被大多数工具所支持，因此本文也针对 OSLC 的通用数据接口规范进行了设计，对不同的工具进行了集成，以满足不同领域模型、不同场景下对于集成环境的需求。（1）OSLC 数据接口模型 OSLC 规范中，对于数据接口的模型如图 1 所示。图 1OSLC 数据接口模型OSLC 的数据接口模型分为三个层次：1）基础服务（Service）是模型最基础的功能集合，例如增、删、改和查等细粒度的操作。2）资源容器（资源提供者）（Service Provider）代表了具体的资源对象，例如一个 Web 服务、一个数据库对象等，它通过 URI 进行标识，使用 URI：/ServiceProvider/Service 的方式就可以对一个具体的资源对象进行不同的操作。3）资源容器目录（Service Provider Catalog），它是资源容器的集合，例如一个大型系统的所有服务、一个数据库的所有对象表等，它不仅可以涵盖 Service Provider，也可以涵盖别的 Service Provider Catalog。以上三个层次的所有组件之间，均可通过 RESTful风格进行数据交互，用户端无需关注底层实现逻辑，只要构造请求-发送请求-接收返回，即可以完成基于 Web的异构访问，无论是开发还是使用，效率均进行了大规模的提高。（2）异构数据集成接口模型 根据 OSLC 提供的核心规范定义，基础服务、资源容器和资源容器目录是软件协同开发的三大要素，URI 是最底层的标识，通过 URL对系统中的资源进行具体操作。针对不同的要素，本文设计了如下接口：1）资 源 内 部 接 口。Service Provider 与 Service 的通信接口。该接口为原子性接口，由于在系统内部，Service Provider 可以对所有 Service 提供的服务进行调用，使用 URI 进行直接通信，例如 URI：/inert，URI：/delete 等。2）资源间接口。Service Provider 与 Service Provider的通信接口。系统与系统之间会发生频繁的交互，但又由于资源间的相互不透明性、安全性等原因，无法相互暴露具体实现细节，因此本文设计了事物性的资源间接口。Service Provider 通过一系列的事务性定义，在各个系统内部维护一个事务性的动作列表，通过统一的通信接口进行交互，以完成一系列的复杂性任务。事务的定义，例如找出需求模型的某个属性，在 URI上可以表示为，URI：/demand_model_service_provider/some_attributes。这种事务性的接口抽象了具体的业务流程，即简化了相互之间的交互规则，又保护好各个系统内部的独立性、可靠性。3）资源容器目录接口。Service Provider Catalog 与Service Provider 的通信接口。资源容器目录对资源容器发起访问请求，这种交互多为项目级别的，例如获取需求模型和功能架构模型某参数，进行关联，若需求模型参数发生变更，则同步功能模架构模型参数。这种请求涉及多个 Service Provider 和一系列的交互操作，根据资源容器接口的设置，只需维护一个项目级业务流程、结合资源间接口的事物流程，就可以完成这种复杂的操作。所以该例子的接口可以设计为，URI：/demand_model_service_provider&function_architecture_provider/association_if_change_sync_functional_framework_parameters，即 本文设计的项目级的资源容器目录接口。4）用户交互接口。OSLC Service 通过 HTTP 对资源进行操作。用户在通过 HTTP 请求即可以对整个系统进行项目级别的操作，接口如图 2 所示。IM软件应用 Software Application104 2023年第5期图 2OSLC 用户交互接口模型3.2各模型的元数据架构ISO/IEC 11179 规范定义元数据是定义和描述其他数据的数据5。为了支撑在同一平台中多域模型的协同，采用“对象+属性”的方式定义三类模型的元数据架构。元数据架构是以数据对象为核心，将与之相关的其他信息如属性、生命周期、操作和权限等数据灵活的组织在一起，这种建模能够通过添加特定领域的扩展来发展全局元数据模型，而不会受到已有模型的现状。需求元数据架构主要围绕需要条目，功能架构元数据架构主要围绕功能模块，联合仿真元数据架构主要围绕 FMU 及仿真结果进行设计和定义。4基础模型库平台与各领域平台间数据的协同为了实现多域模型基于同平台各领域工具间的协同，本文基于构建的基础模型库平台，选取某需求管理平台、某功能架构平台和某联合仿真平台，通过 OSLC 标准的数据接口获取各平台的模型数据，在基础模型库平台同一界面中，可以对从三个平台中直接获取的需求模型、功能架构模型和仿真模型信息进行树形结构的表达和展示，支持在模型间建立关联关系及基于关系进行追溯。多域模型协同及集成环境构建如图 3 所示。图 3多域模型协同及集成环境构建4.1基于 OSLC 接口模型的集成与某需求管理平台、某功能架构平台和某联合仿真平台的集成，主要是通过 OSLC 接口模型的方式拉取需求管理平台、功能架构平台和联合仿真平台的数据和相关的页面，实现与三个平台的集成。在基础模型的需求库内可以查看具体的每一个需求条目的具体信息，在功能架构库内可以查看功能架构树结构，在仿真模型库中可以查看到仿真结果数据。结构树中每个节点包含了它的 OSLC 链接，通过该链接，可以追溯到具体的模型信息详情页。Software Application 软件应用IM投稿网站： 2023年第5期 1054.2多域模型间关系的创建及追踪基于三类模型元数据架构的表达，通过与三个平台的集成，基础模型库获取到对应的三类模型的树形结构展示，基于三个树形结构，对各阶段模型之间建立关联关系，可进行关系链接的详细分析，进而形成一个关系网络，依据关系网络能够进行变更时关联关系的追踪和反馈，实现多域模型的协同。需求、功能架构和仿真模型之间的关联关系如图 4 所示。图 4需求、功能架构和仿真模型之间的关联关系5结论本研究围绕异域模型之间的协同问题，基于 OSLC 数据接口及各模型元数据架构进行集成研究的构建，支撑各阶段模型（需求模型、功能架构模型和仿真模型）信息的共享与关联，基于模型关联关系驱动更改影响分析互通和协同工作。该研究是全生命周期模型数据贯通使用的第一步，未来对这些数据如何高效的使用，如何让这些数据产生意义和价值，才是贯通、应用的最终目的。参考文献1 王开阳基于工厂模式和 OSLC 的数据集成技术研究与应用 D西安：西安电子科技大学，20212 KENNEDY S，JIU LFacilitating collaboration and interaction across the enterprise with OSLCC/Conference of the Center for Advanced Studies on Collaborative Research，IBM Corp，20133 徐万磊基于 JAZZ 框架软件外包管理系统的设计与实现 D成都：电子科技大学，20154 BIEHL M，EL-KHOURY J，MARTIN THigh-level specification and code generation for service-oriented tool adaptersC/Proceedings of the International Conference on Computational Science(ICCSA2012)，IEEE Computer Society，20125 王庆林基于系统工程的飞机构型管理 M上海：上海科学出版社，2017：233收稿日期：2023-06-16