赛博物理系统的多范式建模方法

第1章引言1 1.1目标1 1.2本书概要2 1.2.1**部分——本体框架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致谢5 **部分本体框架 第2章赛博物理系统多范式建模的本体基础9 2.1概述9 2.2本体开发方法10 2.2.1建模模式11 2.2.2领域分析流程12 2.3建模语言与建模工具14 2.3.1特征建模和FeatureIDE14 2.3.2网络本体语言（OWL）和Protégé14 2.3.3特征建模与OWL的集成16 2.4本体架构16 2.5共享本体18 2.5.1语言领域概念（LinguisticDC）18 2.5.2工作流领域概念（WorkflowDC）20 2.5.3项目管理领域概念（ProjectManagementDC）22 2.5.4架构领域概念（ArchitectureDC）24 2.5.5范式领域概念（ParadigmDC）26 2.6示例介绍28 2.6.1基于合集的赛博物理系统29 2.6.2HPI赛博物理系统实验室33 2.7总结3 参考文献37 第3章基于特征的赛博物理系统本体41 3.1概述41 3.2赛博物理系统的元模型42 3.3赛博物理系统的特征模型43 3.3.1顶层特征图43 3.3.2CPS的构成元素44 3.3.3非功能性需求47 3.3.4应用领域52 3.3.5学科52 3.4CPS的架构52 3.5示例53 3.5.1基于合集的赛博物理系统53 3.5.2HPI赛博物理系统实验室56 3.6总结58 参考文献58 第4章支持多范式建模的本体60 4.1概述60 4.2*先进的本体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本体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基于合集的赛博物理系统80 4.4.2HPI赛博物理系统实验室（CPSLab）87 4.4.3仿真阶段89 4.5总结103 参考文献104 第5章支持赛博物理系统的多范式建模的集成本体114 5.1概述114 5.2*先进的技术115 5.2.1视角115 5.2.2基于模型的开发流程建模117 5.2.3建模范式118 5.3本体119 5.3.1视角119 5.3.2基于模型的工作流120 5.3.3建模范式121 5.4示例123 5.4.1基于合集的赛博物理系统（EBCPS）123 5.4.2HPI赛博物理系统实验室126 5.4.3建模范式132 5.5总结134 参考文献135 第二部分方法和工具 第6章通过双半球模型驱动方法支持赛博物理系统的组合139 6.1概述139 6.2赛博物理系统的组件140 6.3系统组合背景环境下的赛博物理系统142 6.4双半球模型驱动方法144 6.5双半球模型驱动方法用于解决组合问题147 6.6总结150 致谢151 参考文献151 第7章赛博物理生产系统原型开发中的多范式建模和协同仿真156 7.1概述156 7.2案例研究描述157 7.3技术159 7.3.1INTOCPS技术160 7.3.2初始模型161 7.3.3VDMRT/Overture的离散事件优先策略161 7.4方法论162 7.5子系统的建模163 子系统模型164 7.6验证和确认167 7.6.1同构阶段的实验167 7.6.2与物理系统相关的同构仿真分析172 7.6.3异构阶段的实验172 7.7总结174 7.7.1两个阶段的开发174 7.7.2关于方法论上的见解175 致谢176 参考文献176 第8章使用SEA_ML++开发基于智能体的赛博物理系统179 8.1概述179 8.2背景180 8.3相关工作1 8.4SEA_ML++183 8.4.1抽象句法183 8.4.2图形化具体句法184 8.4.3转换186 8.5使用SEA_ML++的基于智能体CPS的建模和开发186 8.6多智能体垃圾收集CPS的开发190 8.6.1系统设计190 8.6.2系统开发192 8.6.3演示证明194 8.7总结197 致谢198 参考文献198 第9章CREST——用于混合CPS建模的DSML203 9.1概述203 9.2混合的形式化方法204 9.2.1定时和混合自动机工具206 9.2.2离散形式化的混合扩展206 9.3使用CREST开展领域特定的混合建模207 9.3.1CREST句法208 9.3.2CREST语义212 9.3.3验证215 9.4实现216 9.5讨论218 9.6总结219 参考文献219 第三部分案例研究 第10章应用MPM方法开发基于物联网和无线传感器网络的CPS——智能火灾 探测案例研究227 10.1概述227 10.2需求获取228 10.3系统设计231 10.3.1架构设计231 10.3.2详细设计232 10.4建模和仿真236 10.5实现238 10.5.1硬件设置238 10.5.2软件开发239 10.5.3日志管理器241 10.5.4测试和验证242 10.6FTG+PM框架下的多范式开发流程243 10.6.1形式化转换图形（FTG）246 10.6.2流程模型（PM）246 10.7总结247 10.8文献和进一步阅读248 致谢248 参考文献248 第11章开发面向行业的跨领域的赛博物理系统学习规划252 11.1概述252 11.2相关工作254 11.3白俄罗斯和乌克兰的就业市场现状256 11.3.1白俄罗斯就业市场的需要256 11.3.2乌克兰劳动力市场的需要257 11.4COST行动对欧洲 CPS 课程的投入258 11.5识别行业的需要259 11.5.1关于CPS课程研究的方法259 11.5.2白俄罗斯研究机构调查分析260 11.5.3乌克兰企业调查分析261 11.5.4研究机构调查结果263 11.6白俄罗斯和乌克兰大学CPS课程的COST调查结果的验证263 11.7讨论与结论265 致谢266 参考文献266 附录缩略语表273