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| 編輯推薦： |
在 “中国制造” 向 “中国智造” 加速转型的浪潮中，复杂系统研发成为航空航天、能源、汽车、建筑等行业的核心竞争力。而 Modelica 作为多领域物理系统建模的 “通用语言”，其强大的跨学科统一建模能力，正成为破解复杂工程难题的关键工具。但原版语言规范晦涩难懂，让无数工程师和研究者望而却步 —— 直到《多领域物理系统建模的统一面向对象方法：Modelica 语言规范详解》的出现，为行业带来一场及时雨！
本书由北京航空航天大学高星海教授倾力编著，严格依据 Modelica 协会 2023 年最新发布的 V3.6 规范编写，是国内首部系统解析该语言标准的权威著作。全书 660 千字的厚重内容，构建了从理论到实践的完整技术体系：从词法结构、运算符表达式等基础语法，到类声明、方程系统、连接器设计等核心机制，再到热流连接器、同步语言元素、状态机等高级应用，层层递进、全面覆盖。针对工程领域读者难懂的概念，书中特别添加近 200 处蓝字释义，直击高指标问题、Stream 连接器等行业痛点，让晦涩规范变得清晰易懂。
它既是高校研究生学习多领域物理系统建模的优质教材，也是工程技术人员开展数字孪生、系统
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| 內容簡介： |
Modelica是一种先进的、面向对象且基于方程的物理系统建模与分析语言。它为描述机械、电气、电子、磁学、液压、热力学、控制及电力等多领域物理现象的相互作用以及动态控制过程，提供了一个强大的多学科统一建模框架。本书全面系统地介绍了Modelica语言的核心概念、语法结构及其在复杂物理系统建模与仿真中的应用，深入阐述了基于方程的声明式建模方法以及多领域统一建模的理论基础。通过对语言规范的深入解析，并结合作者在基于模型的系统工程领域的经验，构建了一个完整的技术应用体系，帮助读者从理论到实践全面掌握Modelica建模能力。
本书既可作为高校研究生学习多领域物理系统建模与仿真的教材，也可为工程技术人员在数字孪生、系统集成与性能分析等实践中提供实用参考。
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| 關於作者： |
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高星海，研究员，北京航空航天大学无人系统研究院首席系统架构师，国际系统工程协会（INCOSE）认证系统工程师（CSEP）；曾任中国航空工业集团公司信息技术中心常务副主任，金航数码科技有限责任公司总工程师，航空工业集团公司系统工程推进办公室副主任等。多年来，面向高端装备领域复杂系统的创新开发和管理，大力推进基于模型的系统工程，组织建立全球认可的系统工程培训和认证体系，目前已培训人员超过1 300人，300多人获得国际系统工程师认证。曾参与并主持国家级两化深度融合创新体验中心的建设和运营，建立了国内领先的系统工程技术服务团队。作为主要发起人之一参加的“大型航空企业基于数字系统工程的正向创新型研发体系建设”项目，获2018年全国企业管理现代化创新成果一等奖。
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| 內容試閱：
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序
收到北京航空航天大学高星海的新作《多领域物理系统建模的统一面向对象方法：Modelica语言规范详解》，并受托撰写推荐序，既感荣幸，亦怀惶恐。拜读全文后，受益匪浅，深感此书价值极高。自2000年初接触Modelica语言至今，二十余载光阴流转，我虽历经数家国内外企业任职变迁，但始终在不同工作场景中与Modelica语言相伴相守。多数时候，我依托Modelica多学科建模的核心优势，解决工程系统设计中的各类实际问题。在此过程中，我时常为厘清某些技术细节追本溯源，查阅Modelica语言规范。与多数工程师的感受一致，该语言规范因遵循计算机软件的书写范式，读来略显晦涩难懂，日常使用中往往需要一边参考Modelica标准模型库（MSL），一边研读规范文本，方能准确把握其内涵。
近年来，随着国内经济建设的迅猛发展，“中国制造”正加速向“中国智造”转型。在国产工业软件领域，Modelica相关解决方案不断涌现，航空航天、能源、建筑、汽车等诸多行业，对运用系统工程方法科学解决复杂系统研发问题的重视程度日益提升。行业需求已不再局限于借助仿真工具开展开发工作，而是对Modelica规范本身的学习与深度理解提出了更高要求。高星海这部Modelica语言规范详解之作，无异于一场“及时雨”，精准契合了行业发展的迫切需求。这部著作的价值体现在多个维度：一方面，它为工程技术人员正确运用Modelica语言提供了精准理解标准的权威参考手册，助力其夯实技术基础、提升建模能力；另一方面，也为从事Modelica相关软件开发，以及具备计算机专业教育背景的从业者，搭建了了解语言规范制定背景与设计理念的桥梁。例如，书中对高指标（high index）问题的阐释、对热流体连接器Stream的深度解析，均极具针对性与指导性，能够有效破解行业学习与应用中的难点与痛点。深信这部详解著作的出版，必将为广大依托Modelica模型开展系统工程实践的工程师、建模语言的开发研究者，以及高等院校理工科专业的师生带来切实助力，为推动国内Modelica技术的普及应用与自主创新发展贡献重要力量。
高锐
Modelica协会理事（Secretary of Modelica Association）
南京远思智能科技有限公司首席科学家
2025年11月于南京江宁
前言
Modelica是一种公开使用的、面向对象的语言，可用于大型、复杂和异构的物理系统建模。从使用者的角度，在模型中使用原理图（即所谓的对象图）的形式可对物理系统进行描述，如图0.1所示。
图0.1Modelica模型中典型的对象图原理图由相互连接的组件所构成，如电阻或液压缸等。每个组件都配有连接器（connector，通常也称为端口port），用于表示物理系统中可能存在的交互，如电气引脚、机械法兰或输入信号等。通过在连接器之间绘制连接线，可构建物理系统或块图模型（block diagram model）。组件内部，可由细节的原理图来定义；在原理图的“最底”层，可采用基于Modelica句法的方程式描述来定义模型。
除对物理系统建模外，通常还会使用块图模型设计控制系统等。块图又称为方框图、模块图或框图模型等。块图由各种功能模块组成，每个模块代表一个特定的功能单元（如控制器、传感器、执行器），并通过信号线表示数据或控制信号的流向。在块图中有类似于物理系统的连接方式，在块的输入、输出端口之间绘制连线来定义系统的结构。
Modelica使用文本语言描述所定义模型的所有部件，并在模型库中构建模型的组件，并称为包。需要使用合适的Modelica仿真环境来进行图形化编辑、浏览Modelica模型（解释在Modelica模型中定义的信息），以及执行模型仿真等其他的分析工作，关于仿真环境的详细信息可参考www.modelica.org/tools。基本上，在Modelica语言中将所有元素都映射为微分方程、代数方程和离散方程。虽然语言中的元素无法直接描述偏微分方程。但可以合理地定义某些类型的离散化偏微分方程，如基于有限体积方法，Modelica以库的方式导入有限元程序的计算结果。
Modelica处理偏微分方程的主要方法涉及以下4个方面：
（1） 空间离散化：使用有限差分法、有限体积法或类似技术，将连续的空间域分割成多个离散的微小单元，并在这些单元上转换为一组常微分方程（ODE）或代数方程（AE），近似求解原始的偏微分方程（PED）。
（2） 过程离散化：Modelica社区的专用库用于处理复杂物理现象，如Thermal Power Library、Modelica Standard Library中的Fluid部分等，这些库可实现特定物理过程的离散化模型。
（3） 第三方库：用来读取和处理来自外部有限元分析软件（如ANSYS等）的结果数据，以便在Modelica模型中进一步利用它们。
（4） 自定义组件开发：对于特定应用场景，用户还可开发自己的Modelica组件，用以模拟特定类型的PDE行为，这需要深入理解所要模拟的物理过程，以及如何有效地将其转化为合适的Modelica模型形式。
Modelica作为一种先进的、面向对象且基于方程的物理系统建模与分析的基础语言，针对各种物理现象（如机械、电气、电子、磁学、液压、热力学、控制、电力等）之间的相互作用以及面向过程的控制机制，提供了一个功能强大的建模框架。Modelica倡导采用模块化的网络分层建模方法，将复杂的物理系统分解为多个相互关联的子系统/组件，首先对每个子系统/组件进行独立的设计和测试，然后按照系统架构进行集成，以构建出整体模型。通过这种方式，不仅提高了模型的可重用性，而且支持团队协同的并行工程模式。在现代系统工程项目中，跨学科的协同变得越来越重要。Modelica作为统一的物理系统建模语言，基于物理第一性原理，保证来自不同学科的工程人员能够在统一建模框架、统一工具平台上实现知识和模型共享，从而提高系统整体设计的准确性和权威性。
在基于模型的系统工程（MBSE）的应用中，采用系统建模语言（SysML）对系统的结构和行为等进行描述，运用Modelica对于具体物理系统开展建模工作。通常情况下，Modelica与SysML结合运用，以确保系统各个方面都能得到全面的描述。Modelica能够有效地支持复杂物理系统的开发、实现、验证与确认以及运行分析等阶段的关键活动。借助仿真工具对Modelica模型的动态行为开展可视化的实时分析，在模型层面进行仿真测试，可以使开发团队更加快捷地识别设计中的潜在问题，保证在实际构建之前进行系统优化，确保系统符合相关需求和规范。特别是对于复杂系统，由于其涉及多类不同领域组件跨越系统层级的物理交互与信号交换，Modelica作为验证与确认方法，对于MBSE的使能作用尤其重要，甚至在某些赛博物理系统工程（CPSE）环节，其作用也无可替代。在MBSE中使用Modelica，也有助于优化整个系统工程的开发流程。通过对系统进行综合建模和分析，能够识别设计中的瓶颈和性能问题，并及时进行调整，从而提高系统的整体质量和市场竞争力。随着数字技术的进步和系统复杂性的增加，Modelica与MBSE的融合将越来越紧密，并不断发展。未来，可能会出现更多的工具和方法，Modelica的应用前景也将更加广阔，能够为未来的系统工程提供更强大的技术支持。
Modelica在面向对象（OO）方法方面提供了强大的支持，全方位地体现了面向对象编程（OOP）的核心概念，在继承、封装、多态等方面表现得尤为突出。
本书内容依据Modelica协会于2023年3月发布的Modelica—A Unified Object?Oriented Language for Systems Modeling Language Specification Version 3.6）来源于： face=”宋体” >。而编写。针对复杂物理系统建模与仿真方面，该规范提供了一个全面的模型描述与模拟分析的技术应用框架，本书对Modelica语言规范V3.6中的主要内容进行介绍，并根据编者的理解，对工程领域读者们可能不太熟悉或难以理解的概念做出释义。其中，释义部分有近200处，在相关内容后就近插入并以蓝字呈现。
本书的出版得到了国家重点研发计划“工业软件”重点专项项目“基于模型的系统工程建模工具软件”（项目编号：2023YFB3307200）的资助，在此表示感谢。
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