[发明专利]数控系统的模型转换形式化语义集成框架的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机数控领域，特别涉及面向数控系统开发的模型转换形式化语义集成方法。

背景技术

现代高性能数控系统朝着高速高精、智能化、多功能、多任务以及开放式体系结构的趋势发展，加上数控系统固有的强实时特性，使得传统的设计方法不能满足数控系统的性能需求。面向领域建模与领域逻辑直接相关，其模型构成符合领域逻辑的思维习惯，方便领域专家和软件开发人员的交流，具有直观性、领域特定性以及平台独立性的特点。基于领域模型的系统开发方法，可提高系统的开发效率，实现系统的可重用性。但是，现有的数控建模方式缺乏形式化的表达规范，因此无法精确描述系统，更缺乏基于形式化的仿真验证机制，从而导致系统语义不明确，无法从根本上解决系统的可靠性问题。

发明内容：

本发明为了克服数控系统开发中，模型的非形式化表征可能导致的系统语义不明确、正确性安全性得不到保证等问题，提供数控系统的模型转换形式化语义集成框架的实现方法。为实现上述目的，包含以下步骤：

数控系统的模型转换形式化语义集成框架的实现方法，该方法能实现计算机数控系统的形式化描述与模型自动转换仿真验证，包括以下步骤：

1）通过分析数控系统的行为特征，构建一组计算模型描述数控系统的不同方面，本系统中将该组计算机模型称为语义模块；

2）基于步骤1）的语义模块，采用类UML语言构建数控系统的形式化元模型；根据数控系统形式化元模型与一组数控系统领域元模型，构建系统的形式化语义转换规则；

3）基于数控系统形式化元模型和相关仿真验证工具，构建系统形式化仿真验证解释器；基于数控系统的形式化应用模型与仿真验证解释器，对数控系统进行形式化仿真验证，在Matlab软件中仿真其轨迹，在UPPAAL中验证其实时性和状态可达性。

上述的数控系统的模型转换形式化语义集成框架的实现方法中，步骤1）所构建的数控系统形式化语义模块能从不同方面描述系统的不同行为。

上述的数控系统的模型转换形式化语义集成框架的实现方法中，步骤1）所述描述数控系统的不同方面包括：采用有限状态机语义模块，描述数控系统中与状态转换相关的语义行为；采用同步数据流语义模块，描述数控系统中的数据流动；采用同步数据流与有限状态机两种计算组合而成的语义模块，描述数控系统中状态转换和数据流动的混合行为；采用时间自动机与时间多任务两种MOC组合而成的语义模块，描述数控系统中与实时相关的状态转换和任务执行方式。

上述的数控系统的模型转换形式化语义集成框架的实现方法中，步骤2）所构建的系统的形式化语义转换规则是基于步骤1）所构建的语义模块，并通过分析其系统结构与对应关系而获得的。

上述的数控系统的模型转换形式化语义集成框架的实现方法中，所构建的数控系统形式化元模型是基于数控系统的多方面形式化语义，并将不同方面的形式化元模型集成为数控系统统一的语义域；在数控系统领域建模环境下构建一组领域应用模型，利用系统形式化转换规则与形式化元模型，通过模型转换，自动生成系统的形式化应用模型。

上述的数控系统的模型转换形式化语义集成框架的实现方法中，所构造的形式化仿真验证解释器最终实现数控系统的形式化模型的自动验证仿真，保证系统的功能与性能。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：现有的数控建模方式缺乏形式化的表达规范，因此无法精确描述系统，更缺乏基于形式化的仿真验证机制，从而导致系统语义不明确，无法从根本上解决系统的可靠性问题。本发明构建了数控系统形式化语义集成框架，领域元模型实例化得到的领域应用模型可通过该集成框架自动转换为形式化应用模型，进而可通过工具解释器，导入第三方仿真验证工具中进行形式化验证，或者通过代码自动生成解释器，生成特定目标平台的可执行代码。本发明为数控系统开发提供严格定义的形式化规范以精确描述系统相应的操作语义，使得数控系统模型可以通过计算机工具进行精确化验证，大大提高系统可靠性、安全性等性能。

附图说明

图1为数控系统的模型转换形式化语义集成框架的实现流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施作进一步说明。