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浅谈城市污水处理系统建模

消耗积分:1 | 格式:rar | 大小:0.5 MB | 2017-10-19

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随着水资源的日益短缺和对环境污染的日益重视,污水处理越来越受到人们的关注。与其他工业处理系统相比,污水处理系统的整个处理过程由许多单元组成,在不同的单元有可能发生不同的反应,如化学、物理和生物反应,因此在研究污水处理过程中需要面向单元对象分析,而不能单纯进行系统的整体建模分析,同时提供优良的低端通用型语言支持、高效的数值程序以及优化工具也是仿真软件开发中的重要方向。基于UML的建模更能全面、准确地反映污水处理中的工艺细节和系统的对象(类)及其之间的交互,充分捕获用户的实际需求。
  1统一建模语言(UML)及相关技术介绍
  面向对象的分析与设计(OOA Management Group)所接受,发布了UML的标准版。如今,UML已成为公认的最好的分析和设计面向对象软件的标准建模语言[1],而不是建模方法。它不包含任何具体的过程,即它并不讲述如何运用面向对象的概念与原则去进行系统建模[2],而只是定义了用于建模的各种元素,以及由这些元素所构成的各种图的构成规则。这使得UML作为一种建模工具,在面向对象领域有着广泛的用途,特别是针对城市污水处理这样一个复杂系统。Rational Rose是Rational公司推出的一款支持UML可视化建模的工具软件,它包括了用例、逻辑、组件和部署视图,支持面向对象分析和设计,在不同的视图中建立相应的UML图形,反应系统的不同特征。
  从UML建模应用的角度看[3],一个最大的特点就是在设计一个系统时采用面向对象技术,一般需要经过以下三个步骤:(1)功能需求的描述;(2)根据功能需求建立系统的静态模型;(3)在静态视图的基础上,分析和设计系统的动态行为。
  总的来说,UML是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。它融入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术,而且它的作用域不限于支持面向对象的分析与设计,还支持从需求分析开始的软件开发的全过程[4]。
  2城市污水处理仿真软件的建模仿真
  2.1用例建模
  用例图(Use Case Diagrams)是由软件需求到最终实现的第一步,在UML中用例图用于对系统、子系统或类的行为的可视化,以便系统的用户更容易理解这些元素的用途,也便于软件开发人员最终实现这些元素。在UML建模过程中,可以使用用例图对系统的语境进行建模,强调系统外部的参与者。
  UML中的用例描述了一组用例、参与者以及它们之间的关系,因此用例图包括三方面内容:用例(Use Case);参与者(Actor);参与者之间的关系,包括泛化关系、包含关系、扩展关系等。
  (1)定义系统目标与角色:通过对污水仿真系统功能的分析,本系统的开发目标是提供一个运行稳定、仿真准确、功能完备的被控对象,主要使用者是验证控制方案的学生,因此学生是本仿真系统的主要角色;(2)分析角色与系统的交互,确定系统用例:一个良好的被控对象,仿真结果的准确性是最起码的要求,同时要求能够灵活设置参数,高效地进行过程控制,实时数据的趋势显示,仿真结果的数据存取。据此,污水处理系统的主要用例有7个,分别是:参数设置、历史趋势显示、数据存取、3D通讯、处理工程控制、重置冷态和转PLC外部控制。PLC外部控制是其下一步扩展功能,其主要职责是处理下位机的信号数据,用户还可以通过扩展的3D通讯接口实现逼真的现实模拟。
  图1描述了污水仿真软件总用例,其中描述的用例实际上就是污水仿真系统中的一个子系统功能,在实际的功能需求分析与设计中,用例粒度的大小根据实际的功能需求来界定。
  浅谈城市污水处理系统建模
  2.2污水处理系统的业务流程分析与设计
  用例图只是表达了系统的功能需求,没有描述系统随时间变化的行为,这些行为是用从静态视图中抽取系统的瞬间值的变化来描述的。UML时序图描述了对象之间传递消息的时间顺序,它用来表示用例中的行为顺序,是强调消息时间顺序的交互图。时序图包括4个元素:对象(Object)、生命线(Lifeline)、激活(Activation)和消息(Message)。

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