基于X语言的起飞场景民机协同设计与仿真一体化方法

针对大型复杂产品,传统基于模型的系统工程(model-based system engineering, MBSE)方法存在系统设计和仿真验证的多语言、多平台集成实现,难以保证高效、准确地反馈系统设计的缺陷,无法达到快速优化设计目的等问题,提出采用基于面向复杂系统支持MBSE的新一代一体化建模仿真语言—X语言实现面向起飞场景的民机跨域子系统的一体化建模仿真。从民机起飞过程需求分析出发,建立了起飞场景的系统级模型和物理级模型,并在X语言的建模仿真软件—XLab进行统一的建模仿真验证,给出了基于X语言面向复杂产品协同设计与仿真一体化方法,为不同领域的设计人员实现复杂产品设计的协同与优化提供了全新的理论与方法参考。     

面向MBSE的复杂系统研发模型追溯管理方法

针对采用基于模型的系统工程(MBSE)实现复杂系统研发中存在的数据资源集成与互操作困难、可追溯性差等问题,提出一种基于数字总线的系统追溯管理方法支持系统研发流程中工具集成、追溯性管理及复杂度管理.首先采用系统思维方法定义系统元素及其关联;随后分别通过需求规约方法、基于系统建模语言KARMA的多架构建模方法和Simulink建模规范支持需求分析、架构设计和仿真验证过程的形式化表达;同时采用生命周期协作开放服务(OSLC)规范构建统一数据源的数字总线,通过开发服务管理工具原型及领域工具内插件实现系统设计资源的追溯性管理及总线可视化;最后通过一个自动刹车系统设计的案例研究验证了所提出方法的可行性和有效性.     

基于建模仿真的体系工程

通过军事、社会、制造等领域中的典型案例,介绍了复杂工程体系的概念和特点以及建模仿真对研究复杂工程体系的意义,以复杂产品制造为例,梳理了从系统工程到基于模型的系统工程(MBSE),再到基于建模仿真的体系工程(MSBS2E)的演变过程,分析了复杂工程体系建模仿真的特点和挑战,介绍了模型理论与方法、计算方法与平台以及不确定性...     

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。     

基于模型的载人航天工程需求分析方法

基于模型的系统工程(model-based systems engineering, MBSE)能够提升复杂工程的总体设计能力和设计效率，在工程领域得到了广泛应用，但在载人航天工程领域尚处于起步阶段。在载人航天任务方案论证与方案设计阶段，为了规范基于模型的需求分析与系统设计工作，提出了任务需求分析的初步工作方法和流程。基于MBSE方法论和载人航天工程特点，提出了开展任务需求分析、能力需求分析、系统架构设计、系统需求分析、仿真验证、需求发布6个步骤，并以美国阿尔特弥斯计划为案例，详述了需求分析的流程。为后续开发覆盖载人航天全任务周期的数字化设计和技术管理流程奠定了基础。     

基于SMP2的复杂系统生成式仿真建模方法

复杂系统仿真迫切需要能够同时支持多领域分别独立针对性建模和全系统统一集成仿真的方法. 将当前用于复杂系统仿真的建模方法分为统一型、组合型和生成式三大类, 分析指出生成式建模方法具有较之其它方法的独特优势, 有望解决复杂系统仿真建模面临的问题. 研究了当前仿真领域应用的各类生成式建模方法存在的不足. 提出了以仿真模型可移植性标准(SMP2)为基础, 综合利用生成式建模方法的两大流派-模型驱动架构(MDA)和模型集成计算(MIC)-的先进技术和规范, 构建复杂系统生成式仿真建模方法的研究思路. 分析了其中的多领域生成式仿真模型公共表示规范、各类仿真形式体系到SMP2的映射与模型变换以及面向领域的仿真建模工具的自动生成等三大关键技术问题. 设计了生成式仿真建模一体化支撑环境的体系结构, 介绍了其中已经完成的工作和下一步的重点.     

基于UML模型的C4ISR系统能力需求分析与验证

针对复杂的C⁴ISR需求分析,提出一种系统的能力需求获取和分析方法。该方法从分析作战使命入手,采用统一建模语言(unified modeling language,UML)建模技术对作战目标和任务场景建模,通过活动模型分析自动建立C⁴ISR能力需求的概念模型。此外,采用本体描述语言(OWL DL)对能力概念形式化描述,由此可以通过符号推理系统检查模型的完整性和一致性。给出了应用该方法的具体示例,并通过实验工具验证其有效性。     

基于MBSE的民机系统功能建模方法

针对传统系统工程存在的迭代周期长、开发效率低、模型二义性等问题, 结合基于模型的系统工程理念, 将敏捷系统工程概念引入到民机研制过程中, 并利用系统建模语言定义了基于场景的功能建模方法, 详细分析了民机自动飞行控制系统高度控制用例的顶层功能愿景, 建立了对应的功能模型和接口描述视图。该方法以迭代的形式展开系统功能建模, 能够充分保证需求和功能模型紧密结合, 正向构建满足民机系统以需求为导向的功能建模方法, 为民机系统的架构设计工作提供基础。     

基于UML的弹道导弹攻防对抗仿真系统建模研究

提出了一种基于EATI面向实体的系统建模分析方法，阐述了利用UML工具实现分布式仿真系统建模的一般过程，然后针对弹道导弹攻防对抗仿真系统这一具体的应用，进行了建模研究。该方法在较大程度上解决了从需求分析到软件开发全过程的分布式仿真系统的建模问题，具有一定的工程指导意义。     

基于MBSE的信息管理系统安全识别设计

针对采用基于模型的系统工程(MBSE)实现复杂系统研发时,缺少安全性分析与识别的问题,以高校信息管理系统为例,提出一种安全需求建模方法,选择SysML作为建模语言,采用Cameo System Modeler作为建模工具,使用模型驱动的OOSEM方法进行模型搭建,将安全识别整合到MBSE设计中来.首先,完成高校信息管理的环境构建,以教师申请职称评定为例,构建其白盒活动图,完成各部门解耦,提高系统设计效率,降低用户业务处理迭代次数;随后对安全相关概念进行定义,在系统设计早期进行安全需求设计,建立风险和威胁模型,通过攻击案例分析,进行风险处理.将安全问题识别纳入早期设计过程,减少系统设计的风险与成本,为软件开发提供参考.     

民用飞机高度控制系统MBSE建模方法

针对传统基于文本的系统工程方法中存在设计文档变更难度大、工程模型可读性差、模型复用性不强等问题,提出了基于美国国防部体系架构(department of defense architecture framework,DoDAF)的基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBS...     

战斗机无人机编组协同系统需求捕获与验证

战斗机-无人机编组协同(fighter-drone teaming, FDT)是人员-信息-物理-智能一体化的全新作战形态, 其系统需求捕获与验证方法尚没有工程先例和经验可循, 亟需正向探索和实践。在一般的基于模型的系统工程(model-based systems engineering, MBSE)方法基础上, 提出整体纳入跨装备协同要素、将分析模型和验证模型分开构建、同步考量逻辑行为与时空关系的捕获与验证策略, 以及适用于编组协同“任务场景构建-系统行为分析-需求映射定义-模型在环验证”的流程和具体方法, 进而以典型“二带二”对地FDT为例进行应用检验。检验结果表明, 该方法可满足工程总体多专业联合工作需要, 能够高效形成编组协同系统需求清单及相应的捕获与验证依据, 从而为后续的系统设计和实现确立清晰的开发目标和设计指导。     

基于MBSE的航天器系统建模分析与设计研制方法探索

航天器任务具有任务复杂、高风险、高成本、高可靠性、长周期等特点, 为了适应未来更加复杂的航天器任务研制需要, 在航天器设计与研制中引入了基于模型的系统工程(model-based system engineering, MBSE)方法。提出了基于模型的航天器研制流程和适应航天器研制过程需要的6类模型体系, 分别为需求模型、功能模型、工艺模型、架构模型、产品模型以及验证模型。以月球水资源探测为假想任务背景, 给出了MBSE建模过程及其模型, 充分体现了MBSE方法在航天器设计及其集成仿真验证方面的优势。     

基于MBSE的民机功能需求辨识与确认

为构建与飞行任务需求匹配的飞机系统功能架构,在民机系统概念设计阶段引入基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)的改进方法,明确了MBSE的民机系统关键功能架构的正向设计过程。以民机典型任务场景“应急复飞”作为研究案例。通过辨识典型民机的功能需求,构建基于人机联合仿真实验的功能需求架构,记录需求的确认过程,实现捕获需求的功能黑盒解白,并利用MBSE架构中功能状态机仿真验证需求的完备性与合理性,最终确保功能设计阶段捕获功能需求过程的可追溯性。可应用于以航空器为代表的复杂系统,能将客户的模糊需求转化为可应用工程实践方法加以验证的具体功能,完善系统功能架构,满足高层级的技术需求。     

基于MBSE的民机研制过程管理

为保证在基于模型的系统工程(model-based systems engineering, MBSE)背景下民机研制的高效过程管理, 分析了当前民机研制的过程特征与面临的挑战, 在此基础上规划了基于模型的民用飞机研制整体框架与基于模型的过程全寿命周期管理(model-based process lifecycle management, MBPLM)概念。基于过程模型及其语义结构和类的定义, 提出了广泛适用于民机研制全过程的MBPLM方法, 并设计相应的并行架构。最后,为提升可操作性, 在典型系统民机舱内压力控制系统设计中演示了系统建模过程的管理时序、过程分析评估与异同构模型管理。所提方法可应用于以民用飞机为代表的复杂系统研制, 能够在MBSE背景下实现模型开发与过程管理关联与协同, 统筹管理研制全寿命周期过程。     

自主编队飞行大系统的建模研究

针对导弹自主编队飞行大系统用例的机理、特点和任务需求,引进大系统控制论及其广义模型化方法,进行了自主编队飞行大系统广义模型化的需求分析,并给出了建模方法,建立了总模型和子模型。通过广义模型化的建模方法研究,为控制系统总体方案论证提供一种有效的设计思路,也为工程应用中深入的理论和方法研究打下良好基础。     

基于MBSE的民机审定试飞场景设计

面向适航审定的飞行试验是验证民用飞机满足设计需求、表明适航条款符合性、形成审定证据的高风险、高成本的重要取证活动。定义和设计民机审定试飞场景是进行民机适航审定飞行试验的前提。由此提出了基于适航符合性证据链的审定试飞场景设计方法及流程。以“符合性证据链”为核心，规划了逻辑严密、可追溯的适航符合性证据。通过引入基于模型的系统工程(model-based systems engineering, MBSE)方法，实现了审定试飞场景符合性证据链构建过程的模型化。为提升可操作性,以适航要求“地面航向操纵性”为典型案例,演示了审定试飞场景需求分析、设计与需求确认的过程。最终设计得到的审定试飞场景能够支持民机适航审定飞行试验的开展。