隨著水資源的日益短缺和對環(huán)境污染的日益重視，污水處理越來越受到人們的關注。與其他工業(yè)處理系統(tǒng)相比，污水處理系統(tǒng)的整個處理過程由許多單元組成，在不同的單元有可能發(fā)生不同的反應，如化學、物理和生物反應，因此在研究污水處理過程中需要面向單元對象分析，而不能單純進行系統(tǒng)的整體建模分析，同時提供優(yōu)良的低端通用型語言支持、高效的數值程序以及優(yōu)化工具也是仿真軟件開發(fā)中的重要方向。基于UML的建模更能全面、準確地反映污水處理中的工藝細節(jié)和系統(tǒng)的對象（類）及其之間的交互，充分捕獲用戶的實際需求。
　　1統(tǒng)一建模語言（UML）及相關技術介紹
　　面向對象的分析與設計（OOA Management Group）所接受，發(fā)布了UML的標準版。如今，UML已成為公認的最好的分析和設計面向對象軟件的標準建模語言［1］，而不是建模方法。它不包含任何具體的過程，即它并不講述如何運用面向對象的概念與原則去進行系統(tǒng)建模［2］，而只是定義了用于建模的各種元素，以及由這些元素所構成的各種圖的構成規(guī)則。這使得UML作為一種建模工具，在面向對象領域有著廣泛的用途，特別是針對城市污水處理這樣一個復雜系統(tǒng)。Rational Rose是Rational公司推出的一款支持UML可視化建模的工具軟件，它包括了用例、邏輯、組件和部署視圖，支持面向對象分析和設計，在不同的視圖中建立相應的UML圖形，反應系統(tǒng)的不同特征。
　　從UML建模應用的角度看［3］，一個最大的特點就是在設計一個系統(tǒng)時采用面向對象技術，一般需要經過以下三個步驟：（1）功能需求的描述；（2）根據功能需求建立系統(tǒng)的靜態(tài)模型；（3）在靜態(tài)視圖的基礎上，分析和設計系統(tǒng)的動態(tài)行為。
　　總的來說，UML是一種定義良好、易于表達、功能強大且普遍適用的建模語言。它融入了軟件工程領域的新思想、新方法和新技術，而且它的作用域不限于支持面向對象的分析與設計，還支持從需求分析開始的軟件開發(fā)的全過程［4］。
　　2城市污水處理仿真軟件的建模仿真
　　2.1用例建模
　　用例圖（Use Case Diagrams）是由軟件需求到最終實現的第一步，在UML中用例圖用于對系統(tǒng)、子系統(tǒng)或類的行為的可視化，以便系統(tǒng)的用戶更容易理解這些元素的用途，也便于軟件開發(fā)人員最終實現這些元素。在UML建模過程中，可以使用用例圖對系統(tǒng)的語境進行建模，強調系統(tǒng)外部的參與者。
　　UML中的用例描述了一組用例、參與者以及它們之間的關系，因此用例圖包括三方面內容：用例（Use Case）；參與者（Actor）；參與者之間的關系，包括泛化關系、包含關系、擴展關系等。
　　（1）定義系統(tǒng)目標與角色：通過對污水仿真系統(tǒng)功能的分析，本系統(tǒng)的開發(fā)目標是提供一個運行穩(wěn)定、仿真準確、功能完備的被控對象，主要使用者是驗證控制方案的學生，因此學生是本仿真系統(tǒng)的主要角色；（2）分析角色與系統(tǒng)的交互，確定系統(tǒng)用例：一個良好的被控對象，仿真結果的準確性是最起碼的要求，同時要求能夠靈活設置參數，高效地進行過程控制，實時數據的趨勢顯示，仿真結果的數據存取。據此，污水處理系統(tǒng)的主要用例有7個，分別是：參數設置、歷史趨勢顯示、數據存取、3D通訊、處理工程控制、重置冷態(tài)和轉PLC外部控制。PLC外部控制是其下一步擴展功能，其主要職責是處理下位機的信號數據，用戶還可以通過擴展的3D通訊接口實現逼真的現實模擬。
　　圖1描述了污水仿真軟件總用例，其中描述的用例實際上就是污水仿真系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)功能，在實際的功能需求分析與設計中，用例粒度的大小根據實際的功能需求來界定。
　　
　　2.2污水處理系統(tǒng)的業(yè)務流程分析與設計
　　用例圖只是表達了系統(tǒng)的功能需求，沒有描述系統(tǒng)隨時間變化的行為，這些行為是用從靜態(tài)視圖中抽取系統(tǒng)的瞬間值的變化來描述的。UML時序圖描述了對象之間傳遞消息的時間順序，它用來表示用例中的行為順序，是強調消息時間順序的交互圖。時序圖包括4個元素：對象（Object）、生命線（Lifeline）、激活（Activation）和消息（Message）。