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基于模型的系统工程(MBSE)的不确定性建模与演化
结题报告
批准号:
61872182
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
岳涛
依托单位:
学科分类:
F0203.软件理论、软件工程与服务
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
Shaukat Ali、王铁鑫、盛斌、喻垚慎、尹小花、徐恒、杜天保、吴德香、宛伟健
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中文摘要
工业复杂系统日渐应用于我们的日常生活,如健康医疗、航空航天等关键领域。其广泛应用给软件工程学科提出了前所未有的挑战,如高复杂度、高动态、大规模、持续集成与部署。此外,伴随着急速发展的人工智能技术在工业产品中的应用,会对此类产品自身与其运行的环境造成更多的“客观不确定性”;由于系统的高复杂性及开发人员的知识局限性,导致在开发过程中引入“主观不确定性”;由于系统的持续集成与部署,在系统设计与开发阶段,无法完全预测未来可能部署,从而引入了另外一个层面的主观与客观不确性。实践证明基于模型的系统工程(MBSE)以及广泛应用的系统建模语言SysML能极大提高系统开发效率。但是目前SysML并不具备不确定性建模的能力。本课题的目标是扩展SysML以弥补其在工业复杂系统MBSE开发过程的针对不确定性建模的严重不足,从理论、方法、和工具几个层面提出适合工业复杂系统MBSE开发的不确定性建模与演化。
英文摘要
Industrial complex systems are increasingly used in our daily lives, such as healthcare, aerospace and other safety-critical areas. Its extensive application presents unprecedented challenges to software engineering such as high complexity, being highly dynamic, large-scale, continuous integration and deployment. In addition, the application of the artificial intelligence technology with rapid development in industrial complex systems will cause more "objective uncertainty" for the systems themselves and the environment in which they operate; the high complexity of the systems and the limitations of the developer's knowledge lead to the introduction of “subjective uncertainty” in the development process; due to the continuous integration and deployment of the system, it is impossible to fully predict the future possible deployments during the system design and development phase, thus introducing another level of subjective and objective uncertainty. Evidence has shown that Model-Based Systems Engineering (MBSE) and the widely used System Modeling Language (SysML) can greatly improve system development efficiency. However, SysML currently does not have the ability to model uncertainty. The goal of this project is to effectively expand SysML to make up for its serious deficiency in uncertainty modeling in the MBSE development process of industrial complex systems, from the aspects of theory, method, and tools.
工业复杂系统在工业领域的广泛应用给软件工程学科提出了前所未有的挑战,如高复杂度、高动态、大规模、持续集成与部署。此外,快速发展的人工智能技术在越来越多的工业产品中得到应用,对现代及未来工业复杂系统自身及其运行环境造成无法避免的“客观不确定性”。系统的高复杂性以及开发人员自身知识的局限性,导致在开发过程中引入了各种假设,引入了“主观不确定性”。模型驱动工程通过“抽象化”将复杂问题简单化,并支持“自动化”以提高系统开发的效率。系统建模语言SysML已在工业界广泛应用于解决不同的工业复杂系统设计与开发。然而,SysML模型只涉及使用概率度量不确定性,不支持其他类型的不确定性度量,同时不能描述不确定性相关特性,如不确定性源。基于此,本项目通过扩展最新的SysML建模语言以弥补其在工业复杂系统MBSE开发过程中针对不确定性建模的严重不足,建立一个可以在SysML模型上定性和定量描述不同级别、不同类型的不确定性信息的建模框架(U-SysML)。为了系统而深入地研究针对工业复杂系统的建模新理论、新方法,为经济有效地设计、开发、运行、维护高质量工业复杂系统提供指导方针与具体解决方案,我们构建了基于数字孪生实验平台(Simplexity Testbed)。该平台提供的核心功能包括:1)支持多范式建模与联合仿真;2)支持复杂多样不确定性建模;3)提供系统模型到模拟器/仿真器连接的建模支持;4)提供数字孪生体和物理实体数据流同步的数据接口;及5)不确定信息模型的执行、仿真和演化。本项目构建了模型演化框架,该框架利用数据驱动,模型执行等技术,实现模型的正确性验证和一致性校验。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Uncertainty-wise test case generation and minimization for Cyber-Physical Systems
网络物理系统的不确定性测试用例生成和最小化
DOI:10.1016/j.jss.2019.03.011
发表时间:2019-07
期刊:Journal of Systems and Software
影响因子:3.5
作者:Man Zhang;Shaukat Ali;Tao Yue
通讯作者:Tao Yue
DOI:https://doi.org/10.1145/3389397
发表时间:2020
期刊:ACM Transactions on Cyber-Physical Systems
影响因子:2.3
作者:Hong Lu;Tao Yue;Shaukat Ali
通讯作者:Shaukat Ali
Pattern-based Interactive Configuration Derivation for Cyber-physical System Product Lines
信息物理系统产品线基于模式的交互式配置推导
DOI:10.1145/3389397
发表时间:2020-06
期刊:ACM Transactions on Cyber-Physical Systems
影响因子:2.3
作者:Hong Lu;Tao Yue;Shaukat Ali
通讯作者:Shaukat Ali
DOI:https://doi.org/10.1016/j.jss.2019.03.011
发表时间:2019
期刊:Journal of Systems and Software
影响因子:--
作者:Man Zhang;Shaukat Ali;Tao Yue
通讯作者:Tao Yue
Quality Indicators in Search-based Software Engineering: An Empirical Evaluation
基于搜索的软件工程的质量指标:实证评估
DOI:10.1145/3375636
发表时间:2020
期刊:ACM Transactions on Software Engineering and Methodology (TOSEM)
影响因子:--
作者:Shaukat Ali;Paolo Arcaini;Dipesh Pradhan;Safdar Aqeel Safdar;Tao Yue
通讯作者:Tao Yue
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