基于UML和Petri网的生产线实时控制系统建模与分析

论文摘要

陶瓷纤维生产线控制系统是一个典型的实时控制系统,该系统不仅要对产品质量进行实时检测,还要对生产过程中处于高温度,大电流等运行状态的设备进行实时监控。产品质量的实时性检测及系统的安全性监控是系统设计的两大重点与难点,因而在设计之初对系统进行建模与分析,以确保系统的实时性与安全性是非常重要的。当前主流的实时系统建模方法有两类:统一建模语言UML及形式化方法。UML是当今普遍采用的一种面向对象系统的建模工具,它具有可视化的优点,但其在描述实时系统的实时性和并发性等方面,还存在一定的局限性;形式化方法具有严格的数学定义,对于系统的实时并发控制等方面具有独特的优势,但直接使用形式化方法进行建模比较困难。本文在分析UML建模特点的基础上,选择Petri网作为UML形式化规约,结合两者优点,提出了一种基于UML和Petri网的实时控制系统建模与分析方法,充分利用UML和Petri网都是采用图形化表示的特点,相互间比较容易转换的优势,发挥了Petri网强大的分析能力,弥补了UML缺少模型分析、验证手段的不足。论文首先阐述了UML及Petri网的基本概念,针对UML顺序图表达能力有限的不足,提出了对UML顺序图进行扩展的方法,使其能够清晰地表达消息传递过程中的并发,同步,选择等几种特殊关系。然后阐述了UML的用况图、扩展顺序图和状态图到Petri网的基本转换方法。最后以陶瓷纤维生产线实时控制系统为例,采用UML对系统进行建模,再根据UML图到Petri网的转换方法,将所建的UML模型图转换为Petri网模型,用Petri网的可达性分析方法,以及时间Petri网的时间分析方法,对所建的模型进行分析。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 论文主要工作和组织结构
• 第二章 UML 及 Petri 网简介
• 2.1 统一建模语言UML 及其扩展
• 2.1.1 UML 简介
• 2.1.2 UML2.0 视图介绍
• 2.1.3 UML 建模方法
• 2.1.4 UML 扩展机制
• 2.1.5 UML 顺序图扩展
• 2.2 Petri 网及其扩展
• 2.2.1 Petri 网的基本概念与相关定义
• 2.2.2 Petri 网的动态性质
• 2.2.3 Petri 网的分析方法
• 2.2.4 时间Petri 网基本概念及其性能分析方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 UML 图转换到 Petri 网的基本方法
• 3.1 UML 用况图到 Petri 网的转换
• 3.2 UML 顺序图到PETRI 网的转换
• 3.3 UML 扩展顺序图到PETRI 网的转换
• 3.3.1 UML 扩展并发顺序图到Petri 网的转换
• 3.3.2 UML 扩展同步顺序图到Petri 网的转换
• 3.3.3 UML 扩展选择顺序图到Petri 网的转换
• 3.3.4 UML 扩展汇合顺序图到Petri 网的转换
• 3.4 UML 状态图映射为PETRI 网模型
• 3.4.1 UML 顺序子状态图到Petri 网的转换
• 3.4.2 UML 并发子状态图向Petri 网的转换
• 3.4.3 UML 分支判定子状态图向Petri 网的转换
• 3.5 本章小结
• 第四章 陶瓷纤维生产线实时控制系统建模与分析
• 4.1 系统概述
• 4.2 基于UML 的系统建模
• 4.2.1 UML 用况图建模
• 4.2.2 UML 扩展顺序图建模
• 4.2.3 UML 状态图建模
• 4.3 UML 模型图转换为 Petri 网
• 4.3.1 UML 扩展顺序图到Petri 网的转换
• 4.3.2 UML 状态图到Petri 网的转换
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢