PML - A modeling Language for Physical Knowledge Representation

Zusammenfassung

Esta tesis versa sobre la automatización del proceso de modelado de sistemas físicos. La automatización del modelado ha sido el objetivo común en la mayor parte de las principales herramientas disponibles hoy en día. La reutilización de modelos es probablemente el principal enfoque adoptado por dichas herramientas con el objeto de reducir el coste asociado a la tarea de modelado. No obtante, permitir la reutilización de modelos predefinidos no es una cuestión trivial y, como se discute con profucdidad en la tesis, la reutilización de modelos no puede ser garantizada cuando han sido predefinidos para representar la dinámica del sistima en un contextor físico concreto. Con el fin de evitar las restricciones sobre la reutilización derivadas de la formylación matemática de las dinámicas de interés, el lenguaje de modelado debe establecer un clara separación entre los aspectos relacionados con la representación del comportamiento físico (conocimiento declarativo) y los aspectos matemáticos relacionados con las herramientas de simulación (conocimiento procedural). El conomiento declarativo representará el comportamiento físico y será utilizado para analizar el contexto físico de reutilización de los modelos con el objeto de establecer la formulación adecuada de las dinámicas de interés. El propósito de este trabajo ha sido el diseño de un lenguaje de modelado, PML, capaz de automatizar el proceso de modelado asegurando la reusabilidad de modelos que pueden ser predefinidos de manera independiente al contexto físico don seran reutilizados. La reutilización de modelos se contempla tanto en la contrucción de nuevos modelos (modelado estructurado) como en su utilización para diferentes objetivos de experimentación. Los nuevos modelos son contruidos acoplando modelos predefinidos de acurdo a la topología física del sistema modelado. Tales modelos pueden ser manipulados para adecuarlos a distintos objetivos de experimentación, adecuándose la formulación matemática de la dinámicas de interés marcadas por dichos objetivos. PML es un lenguaje de modelado orientado a objetos diseñado para describir el comportamiento del sistema físico mediante estructuras de representación modulares (clases de modelado). La clases PML representan conceptos físicos que son familiares al modelador. El conocimiento físico declarado por la clases se utiliza para analizar los modelos estructurados, obteniéndose de manera automatizada la representación matemática de las dinámicas de interés. The topic of this thesis is the automated modeling of physical systems. Modeling automation has been a common objective in many of the present modeling tools. Reuse of predefined models is probably the main approach adopted by many of them in order to reduce the modeling burden. However, to facilitate reuse is difficult to achieve and, as it is discussed thoroughly in the thesis, reusability of models can not be assured when they are predefined to represent the system dynamics in a particular physical context. In order to avoid the reuse constraints due to the system dynamics formulation, a modeling language should be defined with a clear separation between the physical behaviour representation aspects (declarative physical knowledge) and the computational aspects concerning to model simulation (procedural computational knowledge). The physical knowledge will represent the system behaviour and it will support the analysis of the model reusing context in order to set the system dynamics formulation. The aim of this work is the design of a modeling language, PML, able to automate the modeling process by assuring the reusability of ready-made models independently of the physical context where they have been defined. The reuse of a predefined model contemplates both the construction of new models (structured modeling) and the model usage for different experimentation purposes. New models are constructed by coupling predefined models according to the physical system topology. Such structured models are manipulated in order to obtain the representation of the system dynamics which are of interest for the experimentation purposes. PML is an object oriented modeling language designed to represent system behaviour by means of modular structures (modeling classes). The PML modeling classes describe physical concepts well-known by the modeller. The physical knowledge declared by the modeling classes is used to analyze structured models in order to generate automatically the mathematical representation of the system dynamics. The simulation model is obtained by means of an equation-based object oriented modeling language.