基于元模型的复杂系统建模方法研究_毛媛

• 元类（MetaClass），类似于一般建模中的类，但是 用于元模型；
• 元实体（MetaEntity），实际上是元类的同义词； • 元关系（MetaRelationship），类似于一般建模中的 关系，但是用于元模型； • 元属性（MetaAttribute），类似于一般建模中的属 性，但是用于元模型； • 元对象，经常作为组成元模型建模语言的所有事物 （ “ things ” ） 的 通 用 术 语 ， 例 如 ， 元 类 、 元 关 系 、 元 属 性。通常，和完全成熟的模型的信息建模语言相比，元元
• 元元模型（Meta-metamodel），这往往人们看问题 的起点，但实际上是非常简单的：为了创建一个元模型， 人们需要一种能够表达这种元模型的语言，元元模型就是 这种语言。之所以取这个名字，是因为元元模型和元模型 之间的关系与元模型和模型之间的关系是类似的，就象我 们熟悉的对象类和它的实例之间的关系一样，是抽象和具 体的关系；
2.2 元模型建模技术
实际上，建模和元模型建模是一致的活动，不同之处 在于对它们的解释，模型是对真实世界系统和过程的抽象 描述，元模型是对模型的抽象描述。因此，用于建模的概 念也同样可以用于元模型建模。这个逻辑也能够扩展出元 元模型建模的过程。但是，建模、元模型建模和元元模型 建模的目的是截然不同的，通常所用的元模型建模的四层 概念框架如下表所示。它说明了元元模型、元模型、模型 和“用户数据”之间的关系，它们一层在另一层之上，构 成了四层结构，如下表所示。一些应用实际上使用超过四 层的结构，但是，这种体系结构很容易扩充到超过四层。
收稿日期：2001-06-18
修回日期：2001-11-08
作 者 简 介 ： 毛 媛(1972-), 女, 山东人, 博士, 研究方向为分布交互仿
真技术，仿真运行支撑环境的研究工作。
效性的方法。元模型建模是一种模型集成化的工程分析方 法，它允许在特定领域内创建多种模型的集成集合，这种 集合也就是元模型（Metamodel）。
Abstract: We propose a metamodel-based modeling methodology and give its implementation scheme of the complex system. According to this, we present a metamodel instance of a prototype system — a model of complex system. By using this meta-modeling technology in the system modeling of the complex system simulation platform, we can integrate the subsystems of complex system in a higher level, and accelerate the design, development and implementation of complex system simulation. Keywords: complex system; metamodel; reuse; interoperability
2 基于元模型的建模方法[1] [2] [3]
元模型建模（Metamodeling）是一种创建元模型的活 动，它和一般的建模很相似，都是对特定信息和对象建立 模型，但它们是针对于不同特性的建模。元模型建模是系 统化的建模技术，是对系统高层次上的抽象，这种模型的 抽象技术是一种减少仿真模型的复杂性而保持仿真结果有
• 元模型驱动技术和标准的出现和使用。例如，UML （它是根据元模型来定义的）和 CDIF（基于集成的元模 型，提供工具的互操作）；
·412·
系 统 仿 真 学 报 2002 年 4 月
• 抽象层次的出现。元模型善于从集成和互操作的低 层次细节进行抽象，还能帮助把问题划分垂直子问题。例 如，通过把工具集成问题分离成 1)一个元模型集成问题，2) 一个数据复制问题和 3)通信问题，每一个都能够单独解决， 因此增加了问题解决的通用性，从而增加了扩展性和可维护 性等；
元模型建模和其它的学科一样，有自己的术语。下面 给出元建模学科中一些被通常使用的定义及其相关概念， 以区别于在其它的学科中的不同用法。
• 模型(Model)，在系统(特别是软件系统)建模的过程 中，一些人为定义的信息集合。例如，属性(Attribute)、方 法(Method)等等；
• 元模型(Metamodel)，能够表达建模中信息的信息模 型。元模型的相关概念有, 元类(MetaClass), 元过程(Meta Pro-cess)，元方法(MetaMethod)，元赋值(MetaAssignment) 等等；
第 14卷第 4期 系 统 仿 真 学 报 Vol. 14 No. 4 2002 年 4 月 JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION April 2002
第 14 卷第 4 期
毛 媛等：基于元模型的复杂系统建模方法研究
·413·
模型（元模型建模语言）提供的元对象的数量是相当少 的；
• 元对象实例（MetaObject Instance），当用户利用元 模型提供的概念创建一个模型时，元模型才被实例化。例 如，类“ Customer”是元类“Class”的一个实例。类似 的，可以理解元关系和元属性的实例。
2.1 元模型的产生和发展
元模型是关于模型的模型，是关于如何建立模型、模 型的语义或模型之间如何集成和互操作等信息的描述，是 对某一特定领域建模环境的规范定义，它定义了该领域的 语法和语义，能够表示该领域内的所有或全部系统。元模 型比模型的抽象程度高，因此能够较好地解决模型集成中 的问题。同理，元元模型(Meta-metamodel)是对给定元模型 建模环境中的语法和语义的规范定义。元模型产生的原因 主要有以下几个方面：
Metamodel-Based Modeling Methodology Research of Complex System
MAO Yuan1, LIU Jie2, LI Bo-hu2
(1Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China; 2Second Academy of CAMEC, Beijing 100854, China)
层次
元元模型 (Meta-Metamodel)
元模型 (Metamodel)
模型 (Model) 用户对象 (User objects)
描述
元模型建模的支撑系统，定义了描述元模型 的语言。
元元模型的一个实例，定义了详细说明模型 的语言。
元模型的一个实例，定义了描述信息领域的 语言。
模型的一个实例，定义了详细说明信息领域 的语言
了一个原型系统的元模型实例——复杂系统模型。将这种元建模技术用于复杂系统仿真平台中
系统模型的建立，可以使构成复杂系统的各子系统模型在比模型更高的层次上进行集成，从而
加速了复杂系统仿真的设计、开发和实现。
关键词：复杂系统；元模型；可重用；互操作
中图分类号：N 945.12
文献标识码：A
元模型经常使用一种简单信息或对象建模的技术来开 发，这些技术和信息提供(元)关系(relations)/联系(associations)、 (元)属性和一些其它概念。元模型的主要用途是：
• 作为数据仓库的概念范例，数据仓库用于存储软件 工程和相关数据；
• 作为建模工具（例如 CASE）的概念范例； • 用来定义建模语言，例如对象分析和设计； • 是构成建模工具互操作技术领域的重要部分； • 是一种工具, 帮助理解不同建模语言概念之间的关 系。 为了更好的将元数据和元模型技术用于实际的系统建 模方法中，对象管理组织(OMG: the Object Management Group) 制 定 了 相 应 的 MOF(Meta Object Facility) 规 范 和 XMI(XML Metadata Interchange)规范。 下面介绍用来定义元模型的 MOF 核心的元建模结 构，也就是 MOF 的抽象语言。MOF 元建模主要为元数据 定义信息模型，MOF 主要使用对象建模框架结构，它是 UML 核心的基本子集，四个主要的建模概念是： • 类(Class)，对 MOF 对象进行建模； • 关联(Association), 对元对象之间的双向关系进行建 模； • 数据类型(DataTypes)，对其它数据（也就是简单类 型、外部类型等等）进行建模； • 包（Package），使模型模块化。 XMI 的主要目的是，在分布式的异构环境中，元数据 可以在（基于 OMG-UML 的）建模工具和（基于 OMGMOF 的）元数据仓库之间容易的进行交换。XMI 集成了三 个主要的工业标准： • XML-eXtensible Markup Language, 它是一个 W3C 标 准； • UML-Unified Modeling Language, 它是一个 OMG 建 模标准； • MOF-Meta Object Facility, 一个 OMG 元建模和元数 据仓库标准。 这些标准集成到 XMI 中，结合了 OMG 和 W3C 中元 数据和建模技术的最优秀的部分，使得分布式系统的开发 者可以共享对象模型和 INTERNER 上的其它元数据。XMI 与 MOF 和 UML 一起构成了 OMG 元数据仓库体系结构的 核心内容。
• 它的时代到来了。元模型建模至少出现了 10 年， 但是随着 internet 特别是 intranet 的到来，现在对数据集成 的需要越来越迫切。元模型是软件（甚至是硬件）开发时 数据集成的基础，即使人们不经常把它们被称为元模型；
• 元 CASE（ Meta-CASE ） 工 具 的 产 生 。 以 前 的 CASE 工具一般只支持一种方法学，后来出现的则支持多 种。Meta-CASE 工具没有一个固定的元模型，但是用户可 以利用这种工具的开发工具包来进行相应的设置，从而使 之支持已有的任何元模型；