一種基于本體構建模型的化工生產(chǎn)過程控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及化工生產(chǎn)控制領域，具體涉及一種基于本體構建模型的化工生產(chǎn)過程 控制方法。
【背景技術】
[0002] 現(xiàn)代工業(yè)中，由于生產(chǎn)過程通常都比較復雜，在生產(chǎn)進行之前一般會進行建模仿 真，以指導生產(chǎn)過程順利進行。
[0003] 建模與仿真技術通過觀察、分析系統(tǒng)的行為和運行原理，在計算機或?qū)嶓w上建立 系統(tǒng)的抽象模型，并在模型上進行系統(tǒng)實驗，來分析系統(tǒng)的行為和原理。建模與仿真技術已 經(jīng)成為設計、分析和研究各類系統(tǒng)的最常用的技術手段之一。
[0004] 在多年的研究和發(fā)展中，建模和仿真領域中產(chǎn)生了各種不同特點的技術方法，如 連續(xù)時間仿真、離散時間仿真、離散事件仿真等，其中，離散事件系統(tǒng)仿真是非常重要的一 類建模與仿真方法，在大量人造的系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，如排隊系統(tǒng)，交通系統(tǒng)等。
[0005] 與其他仿真技術相比，離散事件系統(tǒng)仿真有兩個突出的特點：
[0006] (1)系統(tǒng)的狀態(tài)只在離散事件點上發(fā)生變化，并且離散事件點一般是不確定的；
[0007] (2)系統(tǒng)中的狀態(tài)變化往往無法用數(shù)學公式表示，通常使用圖、表等接近自然語言 的方式來描述。
[0008] DEVS(離散事件仿真范式）是一種形式化地描述離散事件系統(tǒng)仿真的方法。在 DEVS建模方法中，建模對象首先被分解為一個個簡單的模塊，然后多個簡單的模塊可以聚 合在一起，通過這樣的方式可以將所有的簡單模塊一層一層的聚合在一起，這些簡單模塊 就是DEVS原子模型，而通過聚合所形成的新模塊便是DEVS耦合模型。
[0009] DEVS耦合模型和DEVS原子模型的輸入端口、輸出端口具有相似性，故在聚合新的 模塊時，可以將耦合模型和原子模型等同看待。
[0010] 基本DEVS原子模型定義如下：
[0011] AtomicDEVS= <X,s〇,S,Y, 8 int, 6 ext,X,ta>
[0012] X:輸入事件的集合；
[0013] Y:輸出事件的集合；
[0014] sQ:系統(tǒng)的初始狀態(tài)；
[0015] S:狀態(tài)序列的集合；
[0016]Sint:S-S，模型的內(nèi)部狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)；
[0017] Sext:QXX-S，模型的外部狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)，其中
[0018] Q= {(s,e)IsGS, 0 ^e^ta(s)}；
[0019] 入：S-Y，輸出函數(shù)；
[0020] ta-Ri.,，時間推進函數(shù)；
[0021] 基本DEVS耦合模型定義如下：
[0022] coupledDEVS= <X,Y,D, {Md}, {Id}, {Zi；d},Select)
[0023]X:輸入事件的集合；
[0024] Y:輸出事件的集合；
[0025]D:模塊索引的集合；
[0026]對VJeAMd是一個DEVS模型；
[0027] 對WeDu{N}, 1,是對模塊d有影響的模塊集合，即心
[0028] 對V/e/rf，Zi，d是一個描述從i到d的輸出轉(zhuǎn)換函數(shù)；
[0029] Zi，d:X-Xd，ifi=N ;表示耦合模型的外部輸入與其他模塊的輸入的連接；
[0030] ZM:Yi-Y，ifd=N ;表示模塊的輸出與耦合模型的輸出的連接；
[0031] ZiJ=Yi^Xd,ifd關Nandi關N;表示模塊之間的連接；
[0032] 上述DEVS模型的定義都是形式化的描述，DEVS模型的很多方面都難以用數(shù)學方 程式來表達。在實際使用中，DEVS模型都是以代碼或者文檔等形式存在，如果DEVS模型在 開發(fā)中出現(xiàn)錯誤，只有等到開始運行仿真系統(tǒng)的時候，才有可能發(fā)現(xiàn)。
[0033] 在人工智能和計算機領域中，本體常被用來解決和知識相關的問題。本體的定義 有很多，其中較好的一種定義是"本體是概念的明確規(guī)范說明"。本體常被用來描述某個知 識領域內(nèi)的實體、概念、概念之間的關系以及這些關系的規(guī)則。本體具有強大的表達能力， 本體利用"資源"、"屬性"和"屬性值"這樣的三元組來表示一個二元關系，而任何一個復雜 的關系都能用這種二元關系來分解、表示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0034] 本發(fā)明提供了一種基于本體構建DEVS模型的化工生產(chǎn)過程控制方法，利用本體 強大的表達能力建立DEVS本體模型，并利用本體強大的推理能力對DEVS本體模型進行校 驗，避免將錯誤代入仿真過程，保證化工生產(chǎn)過程的安全進行。
[0035] 一種基于本體構建DEVS模型的化工生產(chǎn)過程控制方法，包括以下步驟：
[0036] (1)使用本體描述DEVS模型的基本組成元素以及基本組成元素之間的關系，得到 DEVS本體模型。
[0037] DEVS本體模型（DEVS Modeling Ontology，簡稱DEVSM0)，是利用本體建立的對 DEVS模型的描述。
[0038] 所述DEVS模型包括三個多變量集合和四個函數(shù)，其中三個多變量集合分別為：輸 入事件集合、輸出事件集合以及狀態(tài)集合，四個函數(shù)分別為：外部狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)、內(nèi)部狀態(tài) 轉(zhuǎn)移函數(shù)、時間推進函數(shù)以及輸出函數(shù)。
[0039] 輸入事件集合、輸出事件集合以及狀態(tài)集合都可以為空，也可以包含多個變量，每 個變量都有一個值域，每個值域?qū)粋€數(shù)學集合。
[0040] 變量有不同的數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)類型可以是浮點數(shù)（float)、整數(shù)（integer)、字符 串（string)、布爾值（boolean),也可以是比較復雜的數(shù)據(jù)類型，如枚舉（enumeration)、隊 列（queue)等。
[0041] 根據(jù)變量在DEVS模型中的不同作用，可以將這些變量分為輸入變量 (InputVariable)、輸出變量（OutputVariable)和狀態(tài)變量（StateVariable)。
[0042] DEVS模型（即DEVS的原子模型）有很多不同端口用來接收輸入事件，每個端口都 和一個變量綁定，用于保存輸入端口的值。
[0043] DEVS模型的狀態(tài)集合至少含有名為"Phase"的特殊狀態(tài)變量和時間推進變量，大 部分DEVS模型中都含有很多用戶自定義的狀態(tài)變量。
[0044] DEVS模型中，內(nèi)部狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)包含有多個內(nèi)部狀態(tài)更新行為，外部狀態(tài)轉(zhuǎn)移函 數(shù)包含有多個外部狀態(tài)更新行為，輸出函數(shù)包含有多個輸出變量賦值行為。
[0045] 在DEVS建模中，一個建模對象可以根據(jù)所接收到的外來信息定義輸入事件集合； 根據(jù)輸出的信息定義輸出事件集合；根據(jù)接收外來信息的渠道定義輸入端口；根據(jù)輸出渠 道定義輸出端口；根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)定義系統(tǒng)的狀態(tài)變量；根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)變量的變遷情況定義 內(nèi)部事件轉(zhuǎn)移、外部事件轉(zhuǎn)移的過程。
[0046] 所述DEVS本體模型包括三類本體以及四個函數(shù)，其中三類本體分別為：輸入集 合、輸出集合和狀態(tài)集合，四個函數(shù)分別為：外部事件轉(zhuǎn)移函數(shù)、內(nèi)部事件轉(zhuǎn)移函數(shù)、時間推 進函數(shù)以及輸出函數(shù)。
[0047] 在定義了DEVS模型的各部分后，將輸入事件集合、輸出事件集合、輸入端口、輸出 端口、狀態(tài)變量、內(nèi)部事件轉(zhuǎn)移、外部事件轉(zhuǎn)移分別在DEVS本體模型中找到對應的類。
[0048] 在DEVS本體模型中，每個輸入集合（InputSet)包含若干輸入變量 (InputVariable)以及輸入端口集合，輸入端口集合中包含若干輸入端口，每個輸入端 口（InputPort)與一個輸入變量相關聯(lián)；每個輸出集合（OutputSet)包含若干輸出變量