一种SysML到SLIM模型的自动构造方法

近年来,基于模型的安全性分析(MBSA)是复杂系统建模与分析领域备受关注的分析方法.由于系统架构建模语言SysML缺少形式化的语义语法,不支持MBSA方法,而SLIM语言具备形式化语义和语法,支持安全性分析,所以本文提出了一种基于ATL(ATLAS Transformation Language)的SysML模型到SLIM模型的自动构造方法SysML2SLIM.首先,搭建系统的SysML模型并导出为XMI文件格式,根据SysML规约文档以及SLIM的BNF范式构建元模型,并建立模型元素映射规则;其次,设计源模型文件处理算法,在保留必要标签信息的情况下,获得规范的SysML源模型文件;接下来,根据元素映射规则利用ATL编写转换规则文件,调用ATL引擎完成构造;然后,给出模型转换的正确性证明的推导;此外,对集成SysML2SLIM方法的工具MSAT进行介绍;最后,对航天器中的电池传感器系统进行分析,验证了自动构造方法的有效性.

基于SysML的空间有效载荷测试路径自动生成方法

为简化对空间有效载荷这一复杂系统的集成测试工作,引入基于模型的系统工程(model-based sytems engineering,MBSE)思想,提出一种基于系统建模语言(system modeling language,SysML)的测试路径自动生成方法。所提方法所需的信息全部来源于载荷设备在数字设计阶段所构建的SysML数字模型。首先,对载荷的SysML活动图进行预处理;之后,根据载荷运行特性与活动图特性构建测试路径搜索模型,并以此提出改进蚁群算法以搜索全部测试路径;最后,基于SysML用例图在全部测试路径中进一步进行搜索,从而获取指定功能的测试路径。以空间燃烧科学实验载荷为例展示所提方法的详细过程,并对算法性能进行分析。在200次重复实验中,所提方法所得测试路径的覆盖率达到100%,最大迭代次数为27。实验结果表明,所提方法不会产生大量的无效测试路径,大大提高测试路径规划工作的效率。

基于SysML的民机系统功能设计方法及应用

针对当前民机系统功能设计过程中缺乏形式化描述、模型复用性不强与动态模型建立不足等问题,将基于模型的系统工程(MBSE)理念引入民机系统设计过程中,提出了一套基于系统建模语言(SysML)的民机系统功能设计方法。首先定义用例模型,抽象出系统的顶层功能愿景,进而开展功能的分解分配与系统静态功能模型的构建;接着建立系统的功能流模型,然后进行功能泳道划分与功能交互序列构建,从多角度分析系统的行为特性,在此过程中结合活动图、泳道图和序列图构建系统的动态功能模型;最后给出系统的结构接口实现,形成一套逻辑性强的完备的功能设计方案。以民机航电系统为例进行功能设计,结合SysML建立航电系统的功能模型,验证了该方法的可行性与有效性,适用于民机系统的功能设计。

基于自定义规则的SysML用例自动生成方法研究

现代系统越来越复杂,传统的工程方法往往难以处理这些复杂问题。基于模型的系统工程(MBSE)可以通过建立系统模型、对系统进行分析和仿真等方式来快速、准确地掌握系统的行为和性能,从而有效地解决复杂性问题。系统建模语言(SysML)可以帮助人们清晰地理解和描述系统。以往基于自然语言的系统描述方法很容易出现理解歧义以及表达不准确等问题,因此,基于自然语言处理(NLP)技术的SysML图自动生成是目前极具学术价值的研究领域,然而目前关于此方面的研究仍相对有限。本文提出了一种名为NLP驱动的用例图自动生成方法,简称为NLUCD。首先使用事先制定的语言规则对输入文本进行预处理;然后使用NLP工具进行文本分割、词干提取与词形还原等操作;接着使用微调过的BERT模型进行命名实体识别和句法依赖分析;随后,定义了3组规则来提取用例图中的参与者、用例和关系,与用例图中的元素及其关系相对应;最后,绘图工具完成了对SysML用例图的生成。虽然该方法目前主要适用于英文文本,但该方法为系统设计领域的自动化和智能化提供了新思路和新视角,具有一定的理论和实践价值。

基于SysML的辅助动力控制系统需求分析

辅助动力控制系统是提供飞机电源和气源的重要系统,也是集成了软件、硬件、电气、机械、液压等多专业和多部件的复杂系统。为提高系统设计质量和专业协同效率,引入MBSE系统工程理念并采用SysML构建民用飞机APU控制系统需求模型。应用结果表明,结构化、数字化的需求模型代替基于文档的需求沟通,使控制系统分析过程更加显性化、设计结果更加直观,有效提高APU控制系统专业协同效率。

基于SysML的载人航天故障模式分析及建模方法

为实现故障模式的高效管理、开展基于模型的可靠性和安全性分析,以载人航天顶层任务设计为背景,对基于SysML的故障模式分析及建模方法进行了研究。首先,基于对象管理组织发布的风险分析与评估建模语言和SysML扩展机制,建立了故障模式分析的基础模型,便于对故障模式及其相关要素、属性定义;然后,将完成载人航天任务视为系统的顶层功能,使用基于活动或功能分解来识别故障模式的方法,实现系统设计与故障模式分析并行;最后,开展故障模式及其影响分析(FMEA),得到全任务剖面的FMEA条目模型和初步风险分析结果,并将相应的逃逸与应急救生对策纳入到FMEA模型中,实现故障模式相关要素的模型化。

基于SysML的多学科设计建模与优化

目的 基于系统建模语言SysML,分析多学科设计建模与优化过程,在理解多学科设计与优化数学模型的基础上,构建系统设计优化模型。方法 通过分析多学科设计优化的数学模型,利用SysML语言对多学科优化对象模型进行元模型表征,将生成的SysML模型进行模型转化,转换成XML格式以便优化求解器进行求解。结论 提出了一种用于多学科设计建模与优化的SysML扩展优化建模方法。通过SysML系统建模语言的扩展版型,添加多学科优化相关的优化目标、优化约束、优化变量等优化元素的模型内容。提出了SysML优化信息的提取方法,以XML为中间格式,将提取的优化模型与优化求解器进行集成。通过系统设计与系统优化的集成求解为产品系统架构设计人员提供有效的决策支撑。

基于SysML的武器装备体系能力需求建模分析方法

为了便于不同领域研究人员之间的沟通交流,减少文本描述的歧义性,有必要采用建模的形式开展体系能力需求分析。本文根据基于模型的系统工程(model-based system engineering,MBSE)思想,采用系统建模语言(system modeling language,SysML)以及多视图产品形式,描述了武器装备体系能力需求的建模分析方法,分别对作战概念、作战场景、任务分解、作战活动、需求分类、需求分析以及指标分析等7个方面进行了描述,并选取未来空战新概念“作战云”典型空战样式,构建了“海上防御型协同制空作战场景”,验证了该体系能力需求建模分析方法的可行性。

基于SysML的作战场景监测仿真研究

当前作战场景监测仿真领域中存在的问题(诸如多元要素无法统一表达、状态无法清晰监控、仿真模型数据交互太过单一等)依然没有很好的解决方案.为此,以作战场景为研究对象,遵循模型的系统工程思想,提出基于SysML(Systems Modeling Language)的作战场景监测仿真的统一流程框架.利用SysML扩展机制,结合作战场景领域知识,设计了一套作战场景的领域元模型;通过领域元模型构建了作战场景模型;提出并实现了一种可以实时监测作战场景中状态数据的方法,使数据与模型产生交互;并通过一个作战场景验证所提方法的有效性和可行性.

基于DEVS的SysML混合模型仿真代码自动生成方法

针对现有的系统建模语言(SysML)构建的模型仅支持单一的离散或连续的模型仿真问题,提出了一种基于离散事件系统规范(DEVS)的离散连续混合SysML模型仿真代码自动生成方法。首先,提取了SysML仿真相关的视图和元模型;然后,基于DEVS构建了代码生成相关的元模型,并定义了从SysML元模型到DEVS代码元模型的转换规则;接着,基于该转换规则开发了Sys‑ML模型文本转化为DEVS模型仿真代码的转换程序,再结合adevs框架下与模型无关代码构建了完整的系统仿真代码;最后,以防空系统案例验证了该方法的有效性。

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。

SysML:一种新的系统建模语言

SysML(SystemsModelingLanguage)是国外正在研究的一种新的系统建模语言,是为系统工程应用开发的标准建模语言,它的内容包括SysML语义和SysML表示法两个部分。介绍了SysML的产生背景、元模型理论、语言体系结构和语言形式,重点介绍了SysML的九种基本图形:类图、装配图、用例图、需求图、参数图、顺序图、活动图、状态机图和时间图,总结了SysML的主要特点和应用领域。

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SysML的系统体系结构产品设计

系统建模语言(SysML)是国际对象管理组织(OMG)开发的系统工程可视化体系结构设计语言。以该设计语言为基础,参照美国国防部体系结构框架文件(DoDAF),提出一种基于模块化功能分析的体系结构设计思路和体系结构产品描述过程。综合系统工程结构化方法和面向对象方法的优势,支持集成系统高层体系结构设计描述、分析及校验。论述系统体系结构产品设计步骤,并采用防空作战指挥系统的部分产品生成实例展示此过程。

基于SysML的模型驱动复杂产品设计的信息集成框架研究

针对如何为复杂机电产品建立不同层次、不同物理域的设计信息及其与仿真信息间的关联这一重要问题,以系统建模语言SysML为基础,提出了支持模型驱动多域复杂产品多层次设计与仿真信息集成框架;建立了基于SysML扩展的核心集成信息模型,以支持系统设计与仿真集成及不同层次设计过程的信息集成。以此为基础,重点研究了SysML和Simscape建模语言的元模型及其间的映射规则,以及基于三元图文法的系统层设计信息与仿真信息动态关联与集成的方法。最后给出了实例进行分析验证。

基于SysML的作战行动序列建模方法

为了达到组织目标和任务使命,必须建立一系列彼此相互关联的、具有层次结构的活动和过程之间的关系。要实现对组织的有效管理,核心就在于通过计划建模和控制系统来协调这些关系。在介绍与分析SysML语言特点的基础上,建立了作战行动序列(COA,Course of Action)的形式化定义,提出了基于SysML的作战行动序列建模方法,并给出了应用实例。应用该建模方法,有利于提高作战行动计划的适应性和开放性。

基于MTRDL的自动飞行系统模式需求建模与验证方法

在民机自动飞行过程中,自动飞行系统模式转换是影响安全的重要因素,随着现代民机机载系统的功能与复杂度的快速增长,在需求阶段对自动飞行系统模式转换的安全性分析和验证成为重要的挑战.飞行模式转换的复杂性不仅体现在自动飞行过程中必需的多重飞行模式之间的交互关系,还体现在模式转换与外部环境之间复杂的数据与控制交联关系,这些交联关系同时隐含了飞行模式转换的安全性质,这些特征提高了形式化方法的应用难度.提出一种领域特定的建模验证框架:首先,提出面向自动飞行系统模式转换的领域需求建模语言MTRDL和基于该语言扩展于SysML上的建模方法;其次,提出基于安全需求模板的安全性质辅助规约方法;最后,通过对某机型的若干条目化需求的实例研究,证明所提方法在自动飞行系统模式转换需求验证中的有效性.

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。

基于SysML与Simulink的飞控系统概念样机设计

研究了一种基于SysML与Simulink的飞控系统概念样机设计方法。首先分析了SysML相对于UML的扩展及其比STATEMATE/UML更适合飞控系统概念样机设计的原因;其次,为了实现对飞控系统概念样机设计过程的完整支持,研究了一种实现SysML与Simulink模型集成及协同仿真的SysML扩展机制,分析了扩展机制需要解决的关键问题以及扩展机制的Profile定义;最后,以一无人飞行器飞控系统Predator为例,基于SysML与Simulink对其概念样机进行了设计,并进行了仿真验证。设计实践表明该方法能有效支持飞控系统概念样机设计。

基于Petri网的SysML活动图的分析与验证

系统建模语言(Systems Modeling Language,SysML)是目前国际上系统工程领域最新的标准建模语言,它包括语义和表示法两部分,缺乏分析和验证的手段。为了弥补这一不足,研究了SysML活动图到Petri网的转换方法,主要定义了将SysML活动图转换为相应Petri网可执行模型的6种转换规则。应用这些规则可以将活动图转换为Petri网模型,进而对其进行化简、分析和验证,同时可检测SysML的行为规范与并发相关的性质,如死锁、有界性等。采用列举法和模拟法验证了所建模型的一致性。证书申请活动图的实例表明,该方法是可行的。