基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法及系统

技术领域

本发明属于体系建模技术领域，尤其涉及一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法及系统。

背景技术

目前，超网络理论是由点、线、流所组成的一种网络中的网络，它基于现有网络又高于现有网络，具有复杂性、拥塞性以及大规模性等特点。

20世纪以来，随着应用需求的日益复杂，仅通过对系统重复叠加功能的设计方式使得系统结构日益臃肿，系统的可靠性与效率皆无法有效保证，基于体系工程的设计思维应运而生。体系工程是由多个系统或复杂系统组合而成的大规模的系统组合，通过对一组系统进行合理组合配置实现宏观维度上的能力涌现，以完成通过机械地堆叠系统无法实现的能力。体系工程的应用场景也覆盖军事、政府和商业各个领域，如指挥、控制、通信、计算机、情报及监视与侦察(C4ISR)体系、物流运输体系、市政基础设施体系等。由于体系中各子系统拓扑结构复杂、能力涌现、宏观层面存在功能进化等问题，为了更好地理解、分析、设计体系，如何有效建立可以从多个视角下全面描述体系内部交互机理的模型是亟待解决的问题。

然而，现有的体系建模方法建立的模型不能应用于各种场景，可拓展性不强，数据量多且复杂，同时构建的体系模型不能反映数据、指标之间的关系，更不能进行统计分析、处理。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的体系建模方法建立的模型不能应用于各种场景，可拓展性不强，数据量多且复杂，同时构建的体系模型不能反映数据、指标之间的关系，更不能进行统计分析、处理。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法及系统。

本发明是这样实现的，一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法，所述基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法包括以下步骤：

步骤一，通过应用场景确定模块确定体系模型的具体应用场景；基于确定的具体应用场景，通过体系结构确定模块确定应用场景的需要考虑的能力指标以及各能力指标下的分指标；

步骤二，确定新的应用场景与历史应用场景的各分指标特征值，根据同属一个能力指标的各分指标的特征值，计算新的应用场景与历史应用场景各能力指标之间的距离；

步骤三，对每个能力指标距离进行赋权，利用加权求和方法获得新的应用场景与历史应用场景之间的复合距离，并根据该复合距离确定新的应用场景与历史应用场景的相似度；

步骤四，判断该历史应用场景对应的体系结构模型的能力指标是否能够满足新的应用场景要求：如果满足，输出该体系结构模型；如果不满足，返回步骤二，重新计算新的应用场景与历史应用场景各能力指标之间的距离；

步骤五，通过体系结构确定程序判断确定的相似度最大的历史应用场景对应的体系结构模型的属性或数量是否满足要求；通过体系结构验证模块对构建或选取的体系结构进行逻辑验证；

步骤六，通过指标确定模块基于确定的体系模型的应用场景以及体系结构进行性能指标的选取；通过权重确定模块将所有确定的性能指标划分为条件属性集和决策属性集，并建立多属性决策矩阵；

步骤七，对于正向指标和负向指标，分别进行归一化；计算各条件性能对决策属性的依赖度，并据此计算性能的重要程度；根据重要程度，计算各性能指标的权重值；

步骤八，通过中央控制模块利用单片机或控制器协调控制所述基于模型系统工程和超网络理论的体系建模系统各个模块的正常运行；通过体系结构模型修正模块利用实例数据验证确定各指标权重后的体系模型，并与实例数据最佳场景进行对比，并基于对比结果进行模型修正；

步骤九，通过数据采集模块确定不同领域中各专业之间传递的文件信息；确定各个专业中岗位间传递的与文件信息相对应的参数；确定各个岗位中任务间传递的与所述参数相对应的模型；基于所述应用场景、性能指标、文件信息、参数和模型，获得基于模型的系统工程的产品研发数据；

步骤十，通过数据处理模块对采集的相关数据进行分析、处理；通过数据引用模块对处理后的数据进行可视化展示，并选择当前体系建模的引用数据；通过体系模型输出模块基于修正的体系模型以及选择的引用数据生成构建好的体系模型；通过模型转换输出模块将构建好的体系模型转换为超网络模型，并输出。

进一步，步骤一中，所述通过体系结构确定程序判断确定的相似度最大的历史应用场景对应的体系结构模型的属性或数量是否满足要求，包括：

①若属性达不到要求时，则直接在结构库中查看是否有满足要求的结构：如果有，则添加到所述体系结构模型中，并输出；如果没有，则利用决策树算法设计新的体系结构模型；

②若数量达不到要求时，判断直接增加数量是否能达到应用场景要求，如果能，则添加到所述体系结构模型中，并输出；如果不能，则利用决策树算法设计新的体系结构模型。

进一步，步骤二中，所述计算新的应用场景与历史应用场景各能力指标之间的距离，包括：

①当分指标为数值型时，根据各分指标的特征值，采用欧式距离计算能力指标距离；

②当分指标为文字型时，根据各分指标的特征值采用余弦距离计算能力指标距离；

③当分指标为空间约束、时间约束、力量运用约束时，各分指标的特征值采用Jaccard距离计算能力指标距离。

进一步，步骤六中，所述选取的作为条件属性的指标包括业务带宽、信号强度、时延、抖动和丢包率，决策属性为网络性能水平，所述数据矩阵D为：

其中，每一行表示一组PDT网络或B-TrunC网络的各属性参数数据，每一列表示一种条件属性，即C＝{c

进一步，步骤九中，所述通过数据采集模块确定不同领域中各专业之间传递的文件信息，包括：

(1)基于领域的框架，确定至少包括数据和知识的分类框架；

(2)基于所述分类框架，形成数据库的顶层结构；

(3)在所述顶层结构下，梳理各专业之间传递的文件信息。

进一步，步骤十中，所述通过数据处理模块对采集的相关数据进行分析、处理，包括：

(1)通过数据处理模块建立用于对体系建模过程中每张视图所需使用的引用数据进行分类整理；

(2)定义各个视图可引用数据列表的视图可引用数据列表定义模块。

进一步，步骤十中，所述通过数据引用模块对处理后的数据进行可视化展示，并选择当前体系建模的引用数据，包括：

(1)根据在建模时产生的模型数据，通过实时的引用数据匹配算法将定义好的视图引用数据列表中各个视图的实际的引用数据提出；

(2)通过显示界面将引用数据列表进行展示，并根据建模所需引用数据、快速拖拽引用数据进行引用数据的选择即可。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法的基于模型系统工程和超网络理论的体系建模系统，所述基于模型系统工程和超网络理论的体系建模系统包括：

应用场景确定模块，与中央控制模块连接，用于确定体系模型的具体应用场景；

体系结构确定模块，与中央控制模块连接，用于通过体系结构确定程序基于体系模型的应用场景确定并构建体系模型；

体系结构验证模块，与中央控制模块连接，用于对构建或选取的体系结构进行逻辑验证；

指标确定模块，与中央控制模块连接，用于基于确定的体系模型的应用场景以及体系结构进行性能指标的选取；

权重确定模块，与中央控制模块连接，用于基于确定的性能指标进行各指标权重的确定；

中央控制模块，与应用场景确定模块、体系结构确定模块、体系结构验证模块、指标确定模块、权重确定模块、体系结构模型修正模块、数据采集模块、数据处理模块、数据引用模块、体系模型输出模块以及模型转换输出模块连接，用于通过单片机或控制器协调控制所述基于模型系统工程和超网络理论的体系建模系统各个模块的正常运行；

体系结构模型修正模块，与中央控制模块连接，用于利用实例数据验证确定各指标权重后的体系模型，并与实例数据最佳场景进行对比，并基于对比结果进行模型修正；

数据采集模块，与中央控制模块连接，用于基于应用场景、性能指标进行数据采集；

数据处理模块，与中央控制模块连接，用于对采集的相关数据进行分析、处理；

数据引用模块，与中央控制模块连接，用于对处理后的数据进行可视化展示，并选择当前体系建模的引用数据；

体系模型输出模块，与中央控制模块连接，用于基于修正的体系模型以及选择的引用数据生成构建好的体系模型；

模型转换输出模块，与中央控制模块连接，用于将构建好的体系模型转换为超网络模型，并输出。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的基于模型系统工程和超网络理论的体系建模系统，提高了体系结构设计时的设计效率，节约设计成本；与传统的体系结构模型的设计过程相比，本发明并不是直接根据使命任务输出体系结构模型，而是以大数据驱动结合历史体系结构模型先找出最为相似的体系结构模型，本发明采用复合距离度量方法来判断使命任务的相似性，再判断是否满足使命任务要求，满足要求的情况下，直接输出历史体系结构模型，不满足要求的情况下，采用决策树算法与产生式规则构建决策树直接向设计人员提供能够参考的参数值，更有效的辅助设计人员构建体系结构模型。

同时，本发明将构建的体系模型组转换为超网络模型，分析各个视角间的体系模型映射关系，对已生成的体系超网络模型组进行组合，最终生成体系结构的多层超网络模型，便于运用数学工具量化分析体系结构的指标。本发明能够规避目前直接由模型梳理开始，所导致的数据不完整不成体系的问题，通过从上到下的梳理和从下到上的集成，能够保证所梳理数据的完整性和有效性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法流程图。

图2是本发明实施例提供的基于模型系统工程和超网络理论的体系建模系统结构示意图；

图中：1、应用场景确定模块；2、体系结构确定模块；3、体系结构验证模块；4、指标确定模块；5、权重确定模块；6、中央控制模块；7、体系结构模型修正模块；8、数据采集模块；9、数据处理模块；10、数据引用模块；11、体系模型输出模块；12、模型转换输出模块。

图3是本发明实施例提供的通过体系结构确定模块基于体系模型的应用场景确定并构建体系模型的方法流程图。

图4是本发明实施例提供的通过权重确定模块基于确定的性能指标进行各指标权重的确定的方法流程图。

图5是本发明实施例提供的通过数据采集模块基于应用场景、性能指标进行数据采集的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法包括以下步骤：

S101，通过应用场景确定模块确定体系模型的具体应用场景；通过体系结构确定模块基于体系模型的应用场景确定并构建体系模型；

S102，通过体系结构验证模块对构建或选取的体系结构进行逻辑验证；通过指标确定模块基于确定的体系模型的应用场景以及体系结构选取性能指标；

S103，通过权重确定模块基于确定的性能指标进行各指标权重的确定；过中央控制模块利用单片机或控制器协调控制所述基于模型系统工程和超网络理论的体系建模系统各个模块的正常运行；

S104，通过体系结构模型修正模块利用实例数据验证确定各指标权重后的体系模型，并与实例数据最佳场景进行对比，并基于对比结果进行模型修正；

S105，通过数据采集模块基于应用场景、性能指标进行数据采集；通过数据处理模块对采集的相关数据进行分析、处理；通过数据引用模块对处理后的数据进行可视化展示，并选择当前体系建模的引用数据；

S106，通过体系模型输出模块基于修正的体系模型以及选择的引用数据生成构建好的体系模型；通过模型转换输出模块将构建好的体系模型转换为超网络模型，并输出。

本发明实施例提供的步骤S105中，通过数据处理模块对采集的相关数据进行分析、处理，包括：

(1)通过数据处理模块建立用于对体系建模过程中每张视图所需使用的引用数据进行分类整理；

(2)定义各个视图可引用数据列表的视图可引用数据列表定义模块。

本发明实施例提供的步骤S105中，所述通过数据引用模块对处理后的数据进行可视化展示，并选择当前体系建模的引用数据，包括：

(1)根据在建模时产生的模型数据，通过实时的引用数据匹配算法将定义好的视图引用数据列表中各个视图的实际的引用数据提出；

(2)通过显示界面将引用数据列表进行展示，并根据建模所需引用数据、快速拖拽引用数据进行引用数据的选择即可。

如图2所示，本发明实施例提供的基于模型系统工程和超网络理论的体系建模系统包括：应用场景确定模块1、体系结构确定模块2、体系结构验证模块3、指标确定模块4、权重确定模块5、中央控制模块6、体系结构模型修正模块7、数据采集模块8、数据处理模块9、数据引用模块10、体系模型输出模块11以及模型转换输出模块12。

应用场景确定模块1，与中央控制模块6连接，用于确定体系模型的具体应用场景；

体系结构确定模块2，与中央控制模块6连接，用于基于体系模型的应用场景确定并构建体系模型；

体系结构验证模块3，与中央控制模块6连接，用于对构建或选取的体系结构进行逻辑验证；

指标确定模块4，与中央控制模块6连接，用于基于确定的体系模型的应用场景以及体系结构进行性能指标的选取；

权重确定模块5，与中央控制模块6连接，用于基于确定的性能指标进行各指标权重的确定；

中央控制模块6，与应用场景确定模块1、体系结构确定模块2、体系结构验证模块3、指标确定模块4、权重确定模块5、体系结构模型修正模块7、数据采集模块8、数据处理模块9、数据引用模块10、体系模型输出模块11以及模型转换输出模块12连接，用于通过单片机或控制器协调控制所述基于模型系统工程和超网络理论的体系建模系统各个模块的正常运行；

体系结构模型修正模块7，与中央控制模块6连接，用于利用实例数据验证确定各指标权重后的体系模型，并与实例数据最佳场景进行对比，并基于对比结果进行模型修正；

数据采集模块8，与中央控制模块6连接，用于基于应用场景、性能指标进行数据采集；

数据处理模块9，与中央控制模块6连接，用于对采集的相关数据进行分析、处理；

数据引用模块10，与中央控制模块6连接，用于对处理后的数据进行可视化展示，并选择当前体系建模的引用数据；

体系模型输出模块11，与中央控制模块6连接，用于基于修正的体系模型以及选择的引用数据生成构建好的体系模型；

模型转换输出模块12，与中央控制模块6连接，用于将构建好的体系模型转换为超网络模型，并输出。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本发明实施例提供的基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法如图1所示，作为优选实施例，如图3所示，本发明实施例提供的通过体系结构确定模块基于体系模型的应用场景确定并构建体系模型的方法包括：

S201，基于确定的应用场景，计算确定的应用场景与历史体系模型的应用场景的相似度，并确定相似度最大的历史应用场景对应的体系结构模型；

S202，判断确定的相似度最大的历史应用场景对应的体系结构模型的属性或数量是否满足要求。

本发明实施例提供的步骤S201中，基于确定的应用场景，计算确定的应用场景与历史体系模型的应用场景的相似度，并确定相似度最大的历史应用场景对应的体系结构模型包括：

(1)基于确定的具体应用场景，通过体系结构确定模块确定应用场景的需要考虑的能力指标以及各能力指标下的分指标；

(2)确定新的应用场景与历史应用场景的各分指标特征值，根据同属一个能力指标的各分指标的特征值，计算新的应用场景与历史应用场景各能力指标之间的距离；

(3)对每个能力指标距离进行赋权，利用加权求和方法获得新的应用场景与历史应用场景之间的复合距离，并根据该复合距离确定新的应用场景与历史应用场景的相似度；

(4)判断该历史应用场景对应的体系结构模型的能力指标是否能够满足新的应用场景要求：如果满足，输出该体系结构模型；如果不满足，返回步骤(2)，重新计算新的应用场景与历史应用场景各能力指标之间的距离。

本发明实施例提供的步骤(2)中，计算新的应用场景与历史应用场景各能力指标之间的距离，包括：

①当分指标为数值型时，根据各分指标的特征值，采用欧式距离计算能力指标距离；

②当分指标为文字型时，根据各分指标的特征值采用余弦距离计算能力指标距离；

③当分指标为空间约束、时间约束、力量运用约束时，各分指标的特征值采用Jaccard距离计算能力指标距离。

本发明实施例提供的步骤S202中，通过体系结构确定程序判断确定的相似度最大的历史应用场景对应的体系结构模型的属性或数量是否满足要求，包括：

①若属性达不到要求时，则直接在结构库中查看是否有满足要求的结构：如果有，则添加到所述体系结构模型中，并输出；如果没有，则利用决策树算法设计新的体系结构模型；

②若数量达不到要求时，判断直接增加数量是否能达到应用场景要求，如果能，则添加到所述体系结构模型中，并输出；如果不能，则利用决策树算法设计新的体系结构模型。

实施例2

本发明实施例提供的基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法如图1所示，作为优选实施例，如图4所示，本发明实施例提供的通过权重确定模块基于确定的性能指标进行各指标权重的确定的方法包括：

S301，通过权重确定模块将所有确定的性能指标划分为条件属性集和决策属性集，并建立多属性决策矩阵；

S302，对于正向指标和负向指标，分别进行归一化；

S303，计算各条件性能对决策属性的依赖度，并据此计算性能的重要程度；根据重要程度，计算各性能指标的权重值。

本发明实施例提供的步骤S301中，所述选取的作为条件属性的指标包括业务带宽、信号强度、时延、抖动和丢包率，决策属性为网络性能水平，所述数据矩阵D为：

其中，每一行表示一组PDT网络或B-TrunC网络的各属性参数数据，每一列表示一种条件属性，即C＝{c

实施例3

本发明实施例提供的基于模型系统工程和超网络理论的体系建模方法如图1所示，作为优选实施例，如图5所示，本发明实施例提供的过数据采集模块基于应用场景、性能指标进行数据采集的方法包括：

S401，确定不同领域中各专业之间传递的文件信息；确定各个专业中岗位间传递的与文件信息相对应的参数；

S402，确定各个岗位中任务间传递的与所述参数相对应的模型；

S403，基于所述文件信息、参数和模型，获得基于模型的系统工程的产品研发数据。

本发明实施例提供的步骤S401中，所述通过数据采集模块确定不同领域中各专业之间传递的文件信息，包括：

(1)基于领域的框架，确定至少包括数据和知识的分类框架；

(2)基于所述分类框架，形成数据库的顶层结构；

(3)在所述顶层结构下，梳理各专业之间传递的文件信息。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。