CN117311691B - 一种基于mbse的危化品运输车辆监控预警***设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于MBSE的危化品运输车辆监控预警***设计方法，包括以下步骤：S01）需求分析；S02）初步功能分析；S03）***上下文分析；S04）捕获***效能指标；S05）功能细化分析；S06）***结构分析；S07）统一需求追溯关系；S08）***仿真验证；本发明解决了监控预警***设计在准确性和易用性方面受限于文本的形式及设计人员经验的问题，本发明能有效提高***设计中各流程人员的沟通协作效率，便于***在概念设计阶段实现追溯验证，有助于降低***设计的风险和成本，且整个设计过程都可围绕涉众需求展开，有助于提高监控预警***的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及危化品车辆运输技术领域，具体涉及一种基于MBSE的危化品运输车辆监控预警***设计方法。
背景技术
危化品运输车辆监控预警***是应用于危化品车辆运输领域的安全保障***，其可实时监测危化品运输车辆的状态和位置，并在监测异常时及时发出预警。
现有技术中，对于危化品运输车辆监控预警***的设计主要由***设计人员以文本的形式进行描述，存在以下问题：（1）监控预警***基于设计者的设计经验，设计者多从***设计角度进行***功能或结构设计，缺乏对于需求的刻画和追溯；（2）文本表述***设计文档的一致性较差，容易产生歧义，导致各设计流程人员之间的沟通写作效率降低。（3）静态文本的形式难以建立需求与功能之间的追溯关系，需求是否满足及行为逻辑是否正确难以得到验证。
发明内容
本申请提供了一种基于MBSE的危化品运输车辆监控预警***设计方法，解决了监控预警***设计在准确性和易用性方面受限于文本的形式及设计人员经验的问题。
本申请的技术方案如下：
一种基于MBSE的危化品运输车辆监控预警***设计方法，本方法需建立基于***建模语言的***模型，所述***模型可用需求图、需求表描述需求；所述***模型以用例图、活动图、状态机图以及时序图描述***行为；所述***模型以模块定义图、内部模块图描述***结构；基于所述***模型进行危化品运输车辆监控预警***设计的具体步骤为：
S01）需求分析，基于设计任务收集涉众需求，并建立反映所述涉众需求的需求表和/或需求图。
S02）初步功能分析，包括描述***用例以及描述用例场景。
使用用例图描述***用例、用例参与者以及***用例与用例参与者的交互关系；使用活动图、状态机图或时序图描述用例场景。
S03）***上下文分析，依据所述步骤S02）中的用例场景使用内部模块图中的模块模型元素表示***上下文参与者，使用连接器表示各***上下文参与者与***在物质、能量、信息方面的交互关系。
***上下文参与者的定义为：与***交互的所有外部实体。
S04）捕获***效能指标，依据***的非功能性需求、***行为及***上下文分析结果，以模块定义图的形式展现***效能指标。
S05）功能细化分析，基于所述步骤S02）中用于描述用例场景的活动图、状态机图或时序图，将***行为在***内部的具体实现过程以活动图的形式进行详细描述。
S06）***结构分析，使用模块定义图中的端口模块和代理端口模型元素，确定监控预警***与外界交互的端口，通过向危化品运输车辆监控预警***中添加零件特性的方式确定监控预警***的子***，以获取可描述监控预警***结构的模块定义图及内部模块图。
S07）统一需求追溯关系，依据所述步骤S02）及S05）建立***行为与涉众需求的追溯关系，依据所述步骤S04）建立***效能指标与涉众需求的追溯关系，依据所述步骤S06）建立***结构与涉众需求的追溯关系，最终将涉众需求与***行为、***效能指标以及***结构的追溯关系转化为依赖矩阵。
S08）***仿真与验证，基于已建立的模型建立***仿真模型以模拟危化品运输车辆监控预警***的工作过程。
进一步地，所述步骤S05）中采用活动图描述***行为时，在步骤S06）中对步骤S05）中的活动图进行分组并划分泳道，以确定内部结构图中的子***和各子***间的层次关系，以及，确定内部模块图各子***之间的交互内容及交互方向。
进一步地，所述步骤S06）中采用模块定义图描述***端口时，应满足步骤S03）中所建立的各***上下文参与者之间在物质、能量、信息方面的交互关系。
进一步地，所述步骤S08）中，所述***仿真验证的内容包括***功能验证、***行为的逻辑验证以及***行为的时间计算。
本申请的有益效果是：
1.本申请是基于***建模语言进行的图形建模，保证了涉众需求的表意唯一性，能有效避免传统的文本设计方式所导致的歧义问题，能有效提高***设计中各流程人员的沟通协作效率。
2.本申请可实现***功能验证、流程验证以及***活动耗时的初步估算，采用本方法设计的***与涉众需求、***结构均具有回溯关系，便于***在概念设计阶段实现追溯验证，有助于降低***设计的风险和成本。
3.本申请中各步骤之间的推进方式为非机械式，即单个步骤中存在与其他步骤的交互行为，且整个设计过程都可围绕涉众需求展开。
附图说明
图1为本申请中所提供的一种基于MBSE的危化品运输车辆监控预警***设计方法流程图；
图2为本申请中所述步骤S01）中建立的需求图；
图3为本申请中所述步骤S02）中的用例图；
图4为本申请针对车辆启动控制功能用例场景描述活动图；
图5为本申请针对监测报警功能用例场景描述活动图；
图6为本申请针对通信功能中车辆正常行驶用例场景时序图；
图7为本申请针对通信功能中车辆出现异常状况用例场景时序图；
图8为本申请针对通信功能中车辆出现事故用例场景时序图；
图9为本申请针对***上下文的内部模块图；
图10为本申请所述***效能指标的模块定义图；
图11为本申请监控预警***的数据采集传输***行为图；
图12为本申请监控预警***的数据分析处理行为图；
图13为本申请描述报警程序的活动图；
图14为本申请监控预警***结构的模块定义图；
图15为本申请监控预警***结构的内部模块图；
图16为本申请中所述步骤S07）所建立的依赖矩阵。
具体实施方式
依据本申请中提供的一种基于MBSE的危化品运输车辆监控预警***设计方法建立一个针对企业、司机、政府及供应商各方面需求的监控预警***。本实施例在具体实施时依据对***的可见和认知程度将不同步骤分为黑盒阶段和白盒阶段，如附图1所示，黑盒阶段为步骤S01）～S04），白盒阶段为步骤S05）～S08），建立本实施例的监控预警***的具体步骤如下：
S01）需求分析，本实施例建立的监控预警***以涉众需求的内容为基础，以满足涉众需求为核心进行***的功能和架构设计。图2示出了依据***建模语言将企业、司机、政府及供应商的需求转化的需求图。
S02）初步功能分析，如附图3所示，通过用例图说明危化品运输车辆监控预警***功能和功能性利益相关者。在本实施例中，危化品运输车辆监控预警***具有以下功能：（1）泄漏后防爆预警功能，装配防爆装置在防止自身泄漏后***的同时，还可对过往车辆进行预警，以避免过往车辆产生的电火花导致***；
（2）车辆启动控制功能，在驾驶员通过酒精测试后才可启动发动机，并将驾驶员酒后驾驶的意图通报至企业；（3）监测报警功能，对驾驶员状态、路况状态、阀门状态以及罐体状态进行监测；（4）通信功能，能够在车辆行驶过程中将车辆和驾驶员的异常状态以及发生事故后的位置信息、事故信息向企业报告，并根据企业要求进行特定数据的传输。
本实施例针对车辆启动控制功能的用例场景如附图4所示，在驾驶员启动发动机后，危化品运输车辆监控预警***自动启动，并产生***启动信号，***启动信号可激活危化品运输车辆监控预警***内的各个部分。但此时车辆无法启动，若要启动，驾驶员须对车内酒精检测吹气口进行吹气并通过检测。驾驶员通过酒精测试后，危化品运输车辆监控预警***打开方向盘锁，车辆可正常启动。若驾驶员未通过酒精测试，则方向盘锁保持关闭状态，并将驾驶员试图酒驾的信息通报企业。
本实施例针对监测报警功能的用例场景如附图5所示，首先在监控预警***运行过程中采集预警指标数据并进行存储，然后分析监测功能所获取的数据判断：是否有监测指标处于异常状态、是否需要注意路况信息以及驾驶员是否处于疲劳状态。最终依据判断结果启动相应的报警行为。
本实施例针对通信功能具有三个用例场景，分别为车辆正常行驶、车辆出现异常状况以及车辆发生事故。如附图6至附图8所示，车辆正常行驶时，若企业想要获取车辆的信息，需向北斗三号卫星发送指令信号1，北斗三号卫星再向危化品运输车辆监控预警***发送指令信号2，危化品运输车辆监控预警***接收到指令信号2后，将加密后的车辆预警指标数据、驾驶员状态和驾驶员酒精浓度发送给企业。在车辆出现异常状况或发生事故时，车辆可自动将异常信息以及发生事故后的位置信息、事故信息借助北斗三号卫星发送给企业。
S03）***上下文分析，在黑盒阶段需分析危化品运输车辆监控预警***在服务于企业驾驶员时所能提供的功能，以及分析在功能实现过程中与***上下文参与者在物质、能量、信息方面的交互，并基于上下文参与者交互的角度对***进行刻画。在本实施例中，依据用例场景分析得到的危化品运输车辆监控预警***的上下文参与者为企业、驾驶员、电源以及北斗三号卫星***，各参与者之间的交互如附图9所示。
S04）捕获***效能指标，依据步骤S01）~S03）的分析结果，在本实施例中，所捕获的危化品运输车辆监控预警***的***效能指标有6项，分别为安全性、稳定性、预测准确性、监测准确性、***复杂性以及交互友好性，如附图10所示，使用模块定义图中的效能测量指标模型元素表示***效能指标。
S05）功能细化分析，本实施例中，在步骤S02）用例场景活动图的基础上采用活动图表示数据传输、数据分析处理和报警这三类重要***行为的具体流程。
针对步骤S02）中“监测预警功能”用例场景活动图中的“采集数据”活动，进行细化展开，刻画危化品运输车辆监控预警***的数据采集传输***行为，如附图11所示，采集基础监测指标：对阀门的封闭性监测采用直接法，用传感器实时对阀门外的危险化学品浓度进行监测；罐体内压力、危险化学品的温度、液位、湿度通过罐体内部的压力传感器、温度传感器、液位传感器以及湿度传感器实时监测；对驾驶员状态使用驾驶室内的高清摄像头进行实时采集；采用螺旋仪实时获取当前车辆行驶路段的倾斜角度和罐体的倾斜角度；导航***通过导航卫星获取当前地理位置；车外摄像机实时获取前车图像；传感器以及高清摄像头等将采集的数据通过线路传输到处理器中，处理器针对数据进行分析处理。
针对步骤S02）中“监测预警功能”用例场景活动图中的“数据分析处理”活动和步骤S02）中“车辆启动控制功能”用例场景活动图中的“驾驶员酒精检测”活动，进行细化展开，刻画危化品运输车辆监控预警***的数据分析行为，如附图12所示，分别对所采集的基础监测指标、驾驶员状态以及路况信息此三类内容判断其是否处于正常区间以及需要启动何种级别的预警进行分析处理。
针对步骤S02）中“监测预警功能”用例场景活动图中的“报警”活动，进行细化展开，刻画危化品运输车辆监控预警***的报警程序，如附图13所示，当出现以下两种情况中的至少一种时，启动报警程序。第一种情况是在接收到不同级别的报警程序启动指令后，自动启动相应的报警程序。一级报警为：警示灯闪烁，并在显示屏上用红色加粗字体显示故障原因。二级报警为蜂鸣器启动和警示灯闪烁，并在显示屏上用红色加粗字体显示故障原因。三级报警为蜂鸣器启动和警示灯闪烁，并在显示屏上用红色加粗字体显示故障原因，且借助通信功能将异常信息汇报给总部。第二种情况是在车辆发生事故后，由司机手动启动报警程序，将车辆位置信息和事故情况等信息发送给公司总部。描述报警程序的活动图如图13所示。
S06）***结构分析，本步骤中，首先对步骤S05）中的活动图中的活动进行分组，确定危化品运输车辆监控预警***应具备的子***并表示在模块定义图中。随后，确定各个子***之间的交互关系，并表示在内部模块图中。最后，依据步骤S03）的***上下文分析，确定危化品运输车辆监控预警***的端口。附图14至附图15示出了，描述危化品运输车辆监控预警***结构的模块定义图和内部模块图。
S07）统一需求追溯关系，如附图16所示，以步骤S01）和S05）中的***行为、步骤S06）中的***结构和步骤S04）中的***参数为依据，分析三者之间与涉众需求之间的追溯关系，将需求关系转化为依赖矩阵。
S08）***仿真与验证。模型建立完成后，对以下内容进行验证：（1）***功能验证，对每个用例进行仿真验证。（2）***行为逻辑验证，功能的实现与***活动紧密相连，依据活动图、时序图和状态机图可以对***活动的逻辑进行检查。（3）***活动花费时长，计算花费时长时，调用步骤S02）和步骤S05）中所建立的每个行为的时间约束，由建模软件控制台窗口自动记录活动中的异常状态以及活动花费的总时长。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (3)
1.一种基于MBSE的危化品运输车辆监控预警***设计方法，其特征在于，
本方法需建立基于***建模语言的***模型，所述***模型用需求图、需求表描述需求；所述***模型以用例图、活动图、状态机图以及时序图描述***行为；所述***模型以模块定义图、内部模块图描述***结构；基于所述***模型进行危化品运输车辆监控预警***设计的具体步骤为：
S01）需求分析，基于设计任务收集涉众需求，并建立反映所述涉众需求的需求表和/或需求图；依据***建模语言将企业、司机、政府及供应商的需求转化的需求图；
S02）初步功能分析，包括描述***用例以及描述用例场景；
使用用例图描述***用例、用例参与者以及***用例与用例参与者的交互关系；用例图可说明危化品运输车辆监控预警***功能和功能性利益相关者，所述预警***功能包括：泄漏后防爆预警功能、车辆启动控制功能、监测报警功能以及通信功能；
使用活动图、状态机图或时序图描述用例场景；
所述用例场景包括：车辆正常行驶、车辆出现异常状况以及车辆发生事故；车辆正常行驶时，若企业想要获取车辆的信息，需向北斗三号卫星发送指令信号1，北斗三号卫星再向危化品运输车辆监控预警***发送指令信号2，危化品运输车辆监控预警***接收到指令信号2后，将加密后的车辆预警指标数据、驾驶员状态和驾驶员酒精浓度发送给企业；在车辆出现异常状况或发生事故时，车辆可自动将异常信息以及发生事故后的位置信息、事故信息借助北斗三号卫星发送给企业；
S03）***上下文分析，依据步骤S02）中的用例场景使用内部模块图中的模块模型元素表示***上下文参与者，使用连接器表示各***上下文参与者与***在物质、能量、信息方面的交互关系；
***上下文参与者的定义为：与***交互的所有外部实体；所述***上下文参与者包括：企业、驾驶员、电源以及北斗三号卫星***；
S04）捕获***效能指标，依据***的非功能性需求、***行为及***上下文分析结果，以模块定义图的形式展现***效能指标；所述***效能指标包括：安全性、稳定性、预测准确性、监测准确性、***复杂性以及交互友好性；
S05）功能细化分析，基于步骤S02）中用于描述用例场景的活动图、状态机图或时序图，将***行为在***内部的具体实现过程以活动图的形式进行详细描述；
S06）***结构分析，使用模块定义图中的端口模块和代理端口模型元素，确定监控预警***与外界交互的端口，通过向危化品运输车辆监控预警***中添加零件特性的方式确定监控预警***的子***，以获取可描述监控预警***结构的模块定义图及内部模块图；
S07）统一需求追溯关系，依据步骤S02）及S05）建立***行为与涉众需求的追溯关系，依据步骤S04）建立***效能指标与涉众需求的追溯关系，依据步骤S06）建立***结构与涉众需求的追溯关系，最终将涉众需求与***行为、***效能指标以及***结构的追溯关系转化为依赖矩阵；
S08）***仿真与验证，基于已建立的模型建立***仿真模型以模拟危化品运输车辆监控预警***的工作过程；
步骤S02）中的监测预警功能采用用例场景活动图中的采集数据活动进行细化展开，以刻画危化品运输车辆监控预警***的数据采集传输***行为；
步骤S02）中的监测预警功能采用用例场景活动图中的数据分析处理活动以及车辆启动控制功能用例场景活动图中的驾驶员酒精检测活动进行细化展开，以刻画危化品运输车辆监控预警***的数据分析行为；
步骤S05）中采用活动图描述***行为时，在步骤S06）中对步骤S05）中的活动图进行分组并划分泳道，以确定内部结构图中的子***和各子***间的层次关系，以及，确定内部模块图各子***之间的交互内容及交互方向。
2.根据权利要求1所述的一种基于MBSE的危化品运输车辆监控预警***设计方法，其特征在于，
步骤S06）中采用模块定义图描述***端口时，应满足步骤S03）中所建立的各***上下文参与者之间在物质、能量、信息方面的交互关系。
3.根据权利要求1所述的一种基于MBSE的危化品运输车辆监控预警***设计方法，其特征在于，
步骤S08）中，所述***仿真验证的内容包括***功能验证、***行为的逻辑验证以及***行为的时间计算。
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