Model-Based Systems Engineering Approach to Design a Human Settlement to Better Serve Displaced People

The challenge of transitioning from temporary humanitarian settlements to more sustainable human settlements is due to a significant increase in the number of forcibly displaced people over recent decades, difficulties in providing social services that meet the required standards, and the prolongation of emergencies. Despite this challenging context, short-term considerations continue to guide their planning and management rather than more integrated, longer-term perspectives, thus preventing viable, sustainable development. Over the years, the design of humanitarian settlements has not been adapted to local contexts and perspectives, nor to the dynamics of urbanization and population growth and data. In addition, the current approach to temporary settlement harms the environment and can strain limited resources. Inefficient land use and ad hoc development models have compounded difficulties and generated new challenges. As a result, living conditions in settlements have deteriorated over the last few decades and continue to pose new challenges. The stakes are such that major shortcomings have emerged along the way, leading to disruption, budget overruns in a context marked by a steady decline in funding. However, some attempts have been made to shift towards more sustainable approaches, but these have mainly focused on vague, sector-oriented themes, failing to consider systematic and integration views. This study is a contribution in addressing these shortcomings by designing a model-driving solution, emphasizing an integrated system conceptualized as a system of systems. This paper proposes a new methodology for designing an integrated and sustainable human settlement model, based on Model-Based Systems Engineering and a Systems Modeling Language to provide valuable insights toward sustainable solutions for displaced populations aligning with the United Nations 2030 agenda for sustainable development.

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。

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。

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的船舶动力工程总体设计方法研究

为提升船舶动力工程的总体正向设计能力,研究船舶动力系统工程的数字化设计方法。将基于模型的系统工程(MBSE)方法理论与系统工程方法进行融合,基于自主研发的V-Dats软件平台和图形化的SysML语言,从发电机组辅助系统的需求、行为、结构和参数4个维度进行建模,完成了系统需求—功能—逻辑—物理的过程分析,得到了系统需求架构、功能架构及物理架构模型,并在系统层级开展了闭环验证和确认。通过总结船舶动力工程总体设计流程的体系顶层框架,提出了基于MBSE的总体正向设计方法,研究成果可有效支撑船舶动力工程总体论证与设计。

火星维护与管理装置的MBSE架构建模

为了适应未来大型复杂系统设计与功能分析需求,在火星维护与管理装置设计中引入了基于模型的系统工程(model-based system engineering,MBSE)方法。首先,基于MagicDraw系统建模工具,利用SysML建模语言,以火星表面维护与管理装置为例,从概念层、逻辑层和物理层逐层分解,对火星维护与管理装置进行总体设计,提出火星车和智能机器人两种物理实现方案。随后,为对设计方案进行追溯性验证,建立了从用户需求到系统逻辑架构和指标能力的需求精化映射矩阵。结果表明,火星维护与管理装置的MBSE功能架构设计方法充分保证了用户需求和装置功能架构的紧密结合,提高了系统设计的可追溯性,可为MBSE方法在航天器总体设计提供应用参考。

基于MBSE的运载火箭上升段逃逸救生策略

为提高运载火箭上升段逃逸救生策略的覆盖性和有效性,采用基于模型的系统工程(model-based system engineering,MBSE)方法开展设计。首先,进行运载火箭逃逸救生任务分析,识别相关系统及其任务需求,建立任务需求模型。然后,根据运载火箭飞行程序,建立不同时刻的主要故障模型,研究提出不同故障的可能应对策略,形成功能需求模型。最后,在逻辑仿真中调用弹道仿真程序,验证了逃逸救生策略的可行性,实现了需求的闭环验证。通过采用该方法,完成了运载火箭上升段逃逸救生任务需求模型化,奠定了全任务周期数字化设计的基础,可为工程实践提供参考。

基于MBSE的开放式舰炮武器装备研究

开放式舰炮武器装备是目前现代化舰炮武器装备发展的重要方向之一,以“全舰计算环境”(TSCE)为基础,构成软件密集型复杂武器系统。为满足复杂武器系统的开发要求,需要转变传统的系统工程实践,基于模型的系统工程(MBSE)以文档为中心转变为以模型为中心,能够实现系统的快速开发。提出基于MBSE的开放式舰炮武器装备进行研究,以SysML作为建模语言,从需求分析、功能分析和设计综合三方面进行建模,通过用例图、活动图、状态机图和序列图等视图反映出开放式舰炮武器装备的各种系统的组成、行为和状态。与传统文档开发的方式相比较,使用此方法能够输出与被开发系统一致的需求、结构视图模型并且输出的模型能够再次使用,有效地提高系统的设计效率,保证模型数据的可追溯性,为未来复杂武器装备的开发设计提供新的思路。

NDT-Suite: A Methodological Tool Solution in the Model-Driven Engineering Paradigm

Although the Model-Driven paradigm is being accepted in the research environment as a very useful and powerful option for effective software development, its real application in the enterprise context is still a challenge for software engineering. Several causes can be stacked out, but one of them can be the lack of tool support for the efficient application of this paradigm. This paper presents a set of tools, grouped in a suite named NDT-Suite, which under the Model-Driven paradigm offer a suitable solution for software development. These tools explore different options that this paradigm can improve such as, development, quality assurance or requirement treatment. Besides, this paper analyses how they are being successfully applied in the industry.

基于MBSE的核电厂仪控系统设计方法研究

核电厂仪控系统作为大型的复杂系统,其运行场景繁多、逻辑功能和接口关系复杂。以往基于文档的仪控系统设计存在诸多弊端,需通过大量的时间和人力来保证方案的整体性和完整性。通过对核电厂仪控系统设计现有业务流程的研究,结合基于模型的系统工程(MBSE)方法的特点,应用正向设计的逻辑,提出了一种基于MBSE的仪控系统设计方法。该方法描述了核电厂仪控系统的MBSE模型框架,将仪控系统模型分为两层模型架构,即仪控系统总体设计模型和仪控子系统设计模型。各层模型均按照MBSE方法的运行分析、系统分析、逻辑架构设计和物理架构设计的层级进行建模。两层模型之间相互关联。对各层级建模的主要分析和设计要点进行了研究,形成了完整的仪控系统设计模型建模方案。该方案能够指导核电厂仪控系统设计,实现从设计需求到设计实现的完整性。

The Application of Model-Based Systems Engineering to Rural Healthcare System Disaster Planning:A Scoping Review

Disasters and other emergency events have complex effects on human systems,particularly if the events are severe or prolonged.When these types of events happen in rural communities,the resources of the local public health,healthcare,and emergency response organizations can be quickly depleted or overwhelmed.Planning for emergencies can help to mitigate their impact.Model-based systems engineering(MBSE)methods,including computer simulations,can provide insight on how best to prepare for these events and to explore the effects of varying approaches and resource utilization.To best apply these methods for improving disaster management in rural settings,a synthesis of the current body of evidence in this field is needed.The objective of this scoping review was to provide a descriptive overview of the application of computer simulation based on MBSE approaches to disaster preparedness and response for rural healthcare systems.Six studies met inclusion criteria,and varied in terms of MBSE method used,healthcare setting,and disaster type and context considered.We identified a gap in the research regarding the application of MBSE approaches to support rural healthcare disaster preparedness planning efforts.Model-based systems engineering and systems thinking,therefore,represent novel methods for developing tools and computational simulations that could assist rural communities better prepare for disasters.

基于MBSE的航空发动机数字化建设工作展望

本文结合国内外数字工程发展现状,分析了基于MBSE(ModelBasedSystemEngineering)开展航空发动机数字化建设的现状、主要问题及必要性,从基于模型的需求管理、基于模型的系统架构设计、研发流程和研发模式升级、多业务域多专业联合仿真、研发全过程数据管理和外场服务能力及用户体验提升6个方面的举措进行工作展望,并从标准、流程、组织、IT的角度制定了具体的工作计划。

Harmony SE在民用飞机设计中的应用

随着民用飞机技术精细化和产品复杂性的提高,民用飞机设计已从传统的基于文档的系统工程转变为基于模型的系统工程,系统表达也从以文档为中心转变为以模型为中心。为进一步提高民用飞机设计中系统建模的模型质量与正确性,进而缩短设计的开发周期与成本,探究以模型驱动及验证为主导的系统工程方法在民用飞机设计领域的适用性,建立民用飞机设计的系统工程框架,用以支持民用飞机的可靠设计与高效交付。以Harmony SE建模方法为切入点,介绍其工作流程和建模思想;分析民用飞机在系统工程实践中出现的突出问题,说明Harmony SE方法在民用飞机系统工程领域的适用性,建立民用飞机设计的系统工程实践体系;以油箱增压组件为研究对象,应用实践体系开展组件级系统工程实践。结果表明,文中所提出的民用飞机设计系统工程体系和方法能够正确合理地分配设计需求并建立完整的系统模型,有助于提升现阶段民用飞机设计的效率与准确性。

MBSE使能动车组高压系统领域智能高效生成方案

针对采用基于模型的系统工程(MBSE)思想进行产品创新性设计中存在的问题,如需要额外增加大量的建模工作量、难以重用已有的企业丰富设计经验、设计方案生成效率低等,以动车组高压系统为研究对象,提出一套完整的系统架构智能高效生成流程,使能动车组高压系统智能创新设计,具体内涵为:基于MBSE思想,扩展系统建模语言元模型,构建动车组高压系统领域功能知识库和组件库,复用已有设计经验,定义一套完整可行的动车组功能到组件映射规则,设计一个高效的候选设计方案生成算法.以中国标准的250 km/h动车组高压系统为实验对象,提出的方法针对给定的动车组功能模型能够自动生成5个有效的候选系统架构,并从功能性、鲁棒性、风险性、成本、整体性能5个维度评价每种候选系统架构,提升动车组设计师系统建模效率,启发设计师创新过程.

基于模型的系统工程统一架构建模语言的标准体系构建

标准化是基于模型的系统工程的基础,随着多架构建模语言已经被应用于多领域、全周期、多层级的架构建模,多架构建模语言的标准化体系也逐渐受到重视。基于国家标准计划《系统与软件工程基于模型的系统工程统一架构建模语言》,提出架构建模语言的标准规范框架,重点阐述两种核心语言规范、支撑规范及领域规范。最后,提出标准的未来发展路径,进而推动多架构建模语言、工具及方法论的标准化进程。

航天地面站低代码开发平台方案设计

为了满足新形势下航天地面站快速交付、灵活部署与升级的需求,分析了基于模型的系统工程(Model-based Systems Engineering,MBSE)的航天地面系统模型,设计了一种适用于航天地面系统的低代码开发平台。该平台基于MBSE模型并通过可视化接口来构建包含软件功能、运行流程、数据处理等内容的应用程序。应用低代码软件平台,降低了软件开发的复杂性,满足装备快速升级的需求,研制时间较传统方法缩短了近45%。

基于MBSE的装备作战概念模型化设计

[目的]为了在装备研制过程中发挥“作战概念”的作用,需形成规范化的作战概念文档(OCD),并解决其模型化设计方法的问题,从而在装备研制中实现系统工程过程从文档中心向模型中心的转变。[方法]针对装备使用作战概念,即ConOps或OpsCon,首先,借鉴美军相关理论和IEEE 29148:2018,ANSI/AIAA G-043B-2018等标准,提出作战概念文档目录的建议;然后,研究基于SysML的作战概念建模技术、基于UML Profiles的作战概念框架设计技术和基于MSDL/C-BML的作战想定开发技术。[结果]该研究工作有效实现了作战概念文档的规范化和模型化设计。[结论]在装备需求论证过程中,通过为系统各方提供一个无二义性的作战概念模型和工程环境,将有助于提高装备需求论证的效率。

基于MBSE的核动力装置智能化设计

MBSE被视为系统设计升级换代的革命性工具,近些年发展尤为迅猛,已成为近几年来系统工程界研究和应用的热点。MBSE是Model-Based System Engineering的缩写,即基于模型的系统工程。核动力装置设计作为一项跨专业和多学科相结合的大型系统工程,具有技术难度大、投入资金多、质量与可靠性要求高、协作单位多、研制风险高和管理难度大等特点。核动力装置是高精尖工程应用领域的一个重要分支,目前,存在系统设计模式效率不高、创新性不够、技术垄断以及设计质量参差不齐等问题,为改善这些问题。提升核动力系统设计质量和开发速度,进行基于MBSE的核动力装置智能化设计就显得尤为必要。文章采用模型的系统工程思想,围绕上述问题进行研究,提出一种针对核动力装置领域系统智能化设计的方法。