基于MBSE的地空导弹总体方案设计

为了适应未来大型复杂系统设计与功能分析需求,在导弹设计中引入基于模型的系统工程(MBSE)思想,提出了基于MBSE的地空导弹总体设计流程。首先,明确地空导弹利益相关者的需求,定义导弹任务场景;基于设计需求开展功能分析,利用导弹任务场景进行功能分解,完成需求到功能的转化;根据导弹的系统功能映射出导弹架构组成,开展地空导弹系统的逻辑架构设计和物理架构设计,最终得到导弹总体设计方案,并针对导弹方案进行验证及优化,初步实现了地空导弹的总体设计过程。

基于数字孪生和MBSE的铁路防灾监测仿真推演系统设计

针对既有铁路防灾监测系统灾害情景预测能力低、主动防控水平差,以及灾害风险发生、发展、演化的路径和应对策略效能评估能力不足等问题,采用数字孪生和基于模型的系统工程(MBSE)技术重新设计铁路防灾监测仿真推演系统架构,采用系统建模语言(SysML)定义系统需求分析、功能架构、逻辑架构和物理架构;研制集铁路环境情景数据采集、孪生监控、情景仿真、情景推演、情景应对、数据资源管理等功能为一体的铁路防灾监测仿真推演系统。结果表明:提出的基于数字孪生和MBSE的铁路防灾监测仿真推演系统可提供新的灾害在线推演预测能力,从根本上改变响应式的灾害防控模式,可为铁路防灾监测系统的数字化转型及预测性主动防控升级提供重要的架构指导和技术支撑。

面向MBSE的飞行器多学科模型集成仿真技术研究

飞行器等复杂产品涉及的专业学科众多,学科建模软件各不相同,导致MBSE在实施过程中建立的系统架构模型难以驱动不同学科软件建立的多源异构模型,不能以仿真方式验证系统模型。针对上述问题,梳理了多学科模型的集成仿真方法的优缺点,并以无控火箭试验弹为例,提出采用FMI标准将各学科模型进行标准化封装,并在GCAir软件中进行集成和仿真验证,实现了多学科模型与系统仿真架构的一体化集成和仿真验证,解决了不同学科之间模型交互障碍,提高了复杂产品系统仿真验证效率。

X语言、方法及工具——支持MBSE的新一代一体化建模仿真技术体系

在当前基于模型的系统工程(MBSE)实践中,基于现有的建模语言、方法与工具,仍难以实现系统设计与仿真验证之间真正的闭环,因此无法完整体现MBSE的全部价值。针对这一问题,本研究较为系统地介绍了新一代建模仿真语言——X语言及其技术体系,具体包括混合系统建模框架——XDEVS,X语言架构及基本要素,X语言支持下基于建模仿真的系统工程方法论——X-SEM,以及面向X语言的建模仿真软件——XLab。基于X语言技术体系可以实现全系统统一建模和一体化仿真验证。最后用一个案例展示了基于X语言及其工具并遵循X-SEM方法论的系统开发过程。

MBSE在直升机航材支持场景建模中的应用

介绍了基于Rhapsody的直升机航材支持场景建模与开发的流程与方法;通过模型的方式建立用例图、活动图、顺序图和可用于执行验证的状态机来描述航材支持场景;指导直升机航材支持方案设计过程中的需求分析、功能分析和设计综合;探索MBSE方法在直升机运营保障领域的指导作用,为直升机用户航材支持提供初始建议。

基于WordCloud技术的MBSE发展态势研究

基于IEEE及国际系统工程协会(International Council on Systems Engineering,INCOSE)社区会刊,提取与基于模型的系统工程(model based systems engineering,MBSE)领域相关的167篇顶刊的关键词和摘要。采用Python及其第三方库WordCloud技术,以可视化形式展示MBSE领域研究内容并对MBSE发展态势进行研究。研究结果表明,MBSE在产品研发全生命周期,应用建模技术来支持系统需求、设计、分析、验证与确认等活动,在系统架构设计方面具有重要作用,将MBSE与安全性分析、可靠性分析方法结合也是MBSE的重要研究内容;系统建模语言(system modeling language,SysML)和对象过程方法(object process method,OPM)分别是目前MBSE研究领域中最受欢迎的建模语言和建模方法;将MBSE方法与本体进行结合是规范MBSE模型表达的重要手段,将MBSE与信息物理系统、数字孪生、并行工程领域进行融合研究是MBSE的重要发展方向。所提研究为使用WordCloud文本分析技术来探索当前的MBSE研究提供了技术路线参考,有助于对MBSE的未来发展态势进行预测。

MBSE在航空飞行控制系统的应用研究

现代飞机系统的复杂性不断增长,传统的开发方法在管理和维护方面变得越来越具有挑战性。首先,对航空飞控系统研发过程在当前系统工程实践方面进行了评估,阐述了传统开发方式的不足和基于模型的系统工程(MBSE)的核心原则和优点,以及在实现中常用的工具和方法;然后,展示了MBSE如何在飞行控制系统研发时使用模型来支持复杂系统的规范、设计、分析、验证和确认的过程;最后,结合先进的MBSE工具和方法的发展,MBSE结合敏捷的开发前景,以及提高MBSE实践的互操作性和标准化的需求对未来的研究方向进行了展望。本文研究为利用MBSE方法论和工具来改进飞行控制系统的设计、开发和性能感兴趣的航空工业专业人员、系统工程师提供资源和解决思路。

基于MBSE的民机飞行控制系统架构设计

基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)已被广泛应用于复杂系统设计之中。通过构建功能、行为和结构之间的关系,提出一种基于MBSE的多层级递进式架构设计流程。随后,以高度控制需求为导向,对民机飞行控制系统进行了示例化建模。结果表明,基于MBSE的民机飞行控制系统多层级递进式架构设计能够充分发挥数字模型可重用的优势,保证需求与功能、逻辑和物理架构的紧密结合,提高系统设计的可追溯性,可为后续领域层阶段模型设计提架构参考。

基于MBSE的卫星互联网仿真平台架构建模

针对传统基于文档的系统工程方法在高复杂度卫星互联网仿真平台开发中存在的系统设计协调性差及早期仿真验证不足等问题,提出采用基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)方法开展卫星互联网仿真平台架构建模。首先,提出基于MBSE的双V模型(dual V model based on MBSE,DVMBSE)及与外部软件集成验证架构;然后,基于MBSE方法论对卫星互联网仿真平台顶层架构开展需求分析、功能分解及交互结构建模;最后,通过运行逻辑验证与外部模型集成验证实现了模型的有效性验证,从而支撑卫星互联网设计论证。

基于MBSE的空间引力波探测系统指标管理及其探测灵敏度分析

为了将空间引力波探测系统论证过程中顶层指标分解与系统级性能分析过程动态关联,提供对空间科学任务全生命周期信息的管理与应用分析能力,提出了基于模型的系统工程(MBSE)的空间引力波探测系统指标管理及其探测灵敏度分析方法。通过系统建模语言(SysML)构建空间引力波探测系统指标参数模型,并解析模型内容,筛选和记录指标参数,最后,通过探测灵敏度这一评价空间引力波探测系统探测能力的主要标准,实现空间引力波探测系统对不同科学目标的探测性能分析。结果表明,该方法可统一管理和追溯所有指标内容,为空间引力波探测系统顶层指标论证和系统级性能评价提供了支持。

MBSE在动车组转向架失稳检测系统架构设计中的应用

针对传统的动车组转向架失稳检测系统研制过程中出现设计数据追溯性差、模型复用性低、难以保证设计信息一致性,以及缺乏系统整体设计理念等一系列问题,将基于模型的系统工程(Modelbased system engineering,MBSE)应用于动车组转向架失稳检测系统的设计。在Arcadia建模方法的基础上,结合功能定义分析方法对动车组转向架失稳检测系统进行架构设计:通过运行分析、系统分析、逻辑架构分析和物理架构分析4个层次建立其失稳检测系统“黑盒”到“白盒”的架构模型;通过识别功能、表达功能和评估功能3个环节对功能进行定义分析,并借助状态机仿真方式验证最终架构的逻辑正确性。研究表明:在动车组转向架失稳检测系统架构设计过程中,采用基于模型的系统工程方法建立的模型具有可追溯性和可复用性,可以在设计早期对系统进行整体设计,降低决策风险,对动车组转向架的研发有着积极的推动作用。

基于MBSE的铅冷快堆非能动余热排出系统设计需求分析

针对传统的铅冷快堆非能动余热排出系统设计中存在开发效率低、迭代周期长、模型二义性等前期需求问题,本研究将基于模型的系统工程(Model-based System Engineering,MBSE)方法应用于铅冷快堆非能动余热排出系统设计需求中,结合设计流程进行系统架构的初步设计,该系统架构由需求分析、功能分析和设计综合三部分组成。结果表明:需求分析阶段生成的需求图和用例图可捕获系统需求并确定系统顶层用例;功能分析阶段绘制的时序图、活动图和状态机图可形成系统功能模型并提供早期确认与验证;设计综合阶段建立的白盒模型最终实现系统架构的分析与设计。采用该方法设计的系统架构可确保前后设计需求一致性,进一步降低设计风险并提高设计效率,可为数字化铅冷快堆非能动余热排出系统设计与优化提供应用参考。

基于MBSE的发动机DFMEA开发

本文介绍了DFMEA(Design Failure Mode and Effect Analysis,设计失效模式和效果分析)的概念、目前行业内发动机DFMEA的现状及发动机MBSE(Model Based System Engineering,基于模型的系统工程)。根据MBSE的思路将发动机分成4个层级,将层级划分引入FMEA流程,进行发动机DFMEA的开发,整个发动机DFMEA体系分成4个层级。以气门系统DFMEA为实例介绍了基于MBSE的DFMEA建模,根据气门系统的BLOCK图,完成气门系统模型化,在专业模型化工具中搭建气门系统模型。

基于MBSE的鱼雷全电子安全系统安全性与任务可靠性分析

随着武器装备研究的深入推进,传统方法难以满足复杂系统安全性与可靠性分析的需求;为提升系统研发与评估效率,以形式化的系统建模语言分析鱼雷全电子安全系统的安全性、可靠性成为必然趋势;文章在传统安全性与可靠性分析的基础上,基于系统工程开展安全系统建模过程,以功能需求、系统架构、活动视图以及时序逻辑控制作为安全性与作用可靠性分析的构成元素,对系统功能模型进行故障传播建模;最后以安全建模语言构建事故树模型得出安全性与可靠性的影响因素,为引信系统的安全性与可靠性分析工作提供一定参考价值。

基于MBSE模型的武器装备质量工作规范化研究

针对武器装备质量工作的规范化问题,建立了适应海军装备现代化发展趋势和装备质量控制工作的“MBSE”结构模型;采用“V”型技术分析质量存在的问题,设计了影响质量的系统模型及递归图,进行了系统动力学仿真,制订了符合装备质量工作规范化的模型方案,提升各级装备管理统筹装备建设、提高军代室谋划装备管理和军代表“T”人才质量工作。结果表明,该方法对装备质量规范化工作具有实际应用价值和指导意义。

基于MBSE的对流层飞艇运行概念研究

面向对流层飞艇起降过程复杂、气象适应能力弱等特殊性,传统基于文本的运行概念分析方法具有设计一致性较差、设计无法有效追溯、验证困难等局限性。基于此,提出了基于模型的系统工程的对流层飞艇运行概念设计方法。首先,建立系统用例与利益攸关者需求的关联关系,保证了设计可追溯性。然后,基于活动图、时序图与内部块图建立对流层飞艇运行场景模型,详细梳理了飞艇运行的执行逻辑与外部交互关系。通过执行状态机对飞艇运行概念模型进行验证,并进一步补充完善利益攸关者需求。最后,通过执行状态机验证了该无人飞艇系统能够满足任务飞行、飞行控制和应急情况响应等利益攸关者的需求。

基于MBSE的柴油机系统设计建模方法

随着国防武器装备对动力要求越来越高,柴油机系统复杂度急剧提升,传统的以文档为核心的系统工程方法已经无法有效满足柴油机高效、准确、可靠的研制需求,为此,在柴油机研发过程中引入基于模型的系统工程(MBSE)方法。提出了基于RFLP的MBSE的柴油机系统建模流程,及支撑该流程运行的柴油机模型体系,在此基础上,以柴油机某研制任务为例,以模型为核心,给出了基于MBSE系统建模过程及模型实例,对柴油机需求分析建模、柴油机功能建模、柴油机系统架构分析与综合进行了阐述,体现了基于模型的设计方法在柴油机研制过程需求早期验证、功能快速仿真、数据可追溯方面的优势,从而有效提高研发设计效率。

MBSE方法在飞机功能设计中的应用与探索

随着民用飞机数字化技术水平的提升,民机机载电子系统的设计与系统间的交互越来越复杂,因此保证飞机顶层功能完整的分解至系统是现代民机设计的难点之一。传统基于文件的民机功能设计方法难以准确捕捉功能的复杂逻辑和交联关系,容易在功能设计与传递中产生设计错误。提出了一种基于模型的飞机功能设计方法,可在设计初期较准确地实现飞机功能设计表达和分解传递,提升飞机顶层功能设计质量,降低后期返工的风险。

基于MBSE的核电厂应急预案系统的顶层需求分析与接口设计研究

在核电领域,任何意外情况都可能引发严重的后果,因此,制定科学、有效的应急预案系统是保障核电安全不可或缺的一环。作为一种先进的系统工程方法,基于模型的系统工程(MBSE)以其系统化、模型化、可视化的优势,为核电应急预案系统的设计与实施提供了新的思路和方法。探讨了MBSE在核电厂应急预案系统设计中的初步应用,分析了核电应急体系的关键要素以确定其与MBSE方法论的契合度,利用MBSE方法论进行了顶层需求的承接。针对应急体系接口问题,构建了核电应急体系各组成部分之间的交互模型。结果表明,MBSE可以提高核电厂应急预案系统设计便利性和开发效率。

城市低空出行工具的MBSE开发框架研究

城市低空出行工具(UAM)开发目前处于早期阶段,作为一种复杂的新系统,UAM开发需要一套完整、科学的开发框架。提出了一种MBSE开发框架,对UAM的开发流程进行详细的分析和设计。该MBSE开发框架基于MBSE方法论从人—机—环的视角进行UAM的利益相关方识别、使用场景的识别定义,并采用建模的方法完成UAM的能力开发,最后按照体系架构设计的思想使用模型在环仿真和人在环仿真试验对UAM概念阶段的设计进行测试与验证。该MBSE开发框架在数字域闭环UAM的需求、设计、验证,大部分设计缺陷在数字方案阶段被发现解决,能够提高产品开发效率、降低开发风险、提高产品质量,对新型复杂产品开发具备一定的指导价值。