基于DoDAF的载人登月体系结构建模

针对传统文本模式存在的需求域与设计域之间信息离散、关联性差、不易追溯等问题，采用基于模型的系统工程(model-based systems engineering, MBSE)方法开展载人登月系统设计。引入美国国防部架构框架(Department of Defense Architecture Framework, DoDAF),提出载人登月总体设计体系结构可执行模型的流程和方法；采用系统建模语言(system modeling language, SysML)建立了视图模型，描述了系统架构、需求模型和逻辑接口。并开展了初步逻辑仿真验证，可为载人登月系统设计和MBSE方法应用提供参考。     

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。     

面向复杂系统需求分析的DSL构建

在航空航天领域, 系统的复杂度快速增长, 这对基于模型的系统工程的开展带来巨大的挑战, 尤以复杂系统的需求分析为甚。需求分析过程缺乏针对性的支持模型的工具。针对基于模型的系统工程中的这一问题, 根据领域建模的思想, 引入领域特定语言(domain specific language, DSL)的概念, 提出一种构建DSL进行需求分析的方法, 并针对基于模型的系统工程(model based system engineering, MBSE)中需求分析的需要构建相应的DSL。首先, 从基于模型的系统工程方法论角度, 对工程应用中的需求捕获与分解进行了分析; 接着, 通过扩展后的GOPPRR(graph object property port role relationship)元元模型依据需要, 构建了DSL的具体语法与语义; 最后, 以具体的系统为例与系统建模语言分析方法做出了对比。结果表明, 所构建的DSL在进行复杂系统的需求分析与建模时, 与实际需要契合, 在各个环节都具有针对性强、形式化的优点, 有利于保证需求分析与建模工作的正确性。     

基于SysML的载人登月可靠性安全性需求分析

为了将可靠性安全性分析融入基于模型的航天任务设计,也必须开展详细的可靠性安全性需求分析.首先,在从需求分解、系统设计的过程中,推导得出各层系统的可靠性安全性需求;结合系统正常需求,在完成系统顶层架构设计的同时,开展功能危害分析、故障树分析等,以验证各层的可靠性安全性需求;依据可靠性安全性需求及对其的验证情况,指导设计故障处置措施,完善系统设计.以美国阿尔忒弥斯载人登月任务设计为例进行了方法验证,为开展基于模型的载人登月系统设计与可靠性安全性一体化分析提供了一种方法.     

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。     

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。     

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.     

载人航天空间应用利益相关者系统动力学模型

在界定了利益相关者的基础上,分别从载人航天空间应用研发阶段和应用阶段出发构建利益相关者因果关系图,并联立建立总体因果关系图,继而构建利益相关者的系统动力学模型。基于该模型运用计算机建模工具Vensim软件进行系统仿真,并就空间应用效益进行敏感度分析,探讨了输出结果。同时,依据利益相关者在载人航天空间应用系统中的影响程度进行了科学排序。在系统中,对载人航天空间应用效益影响由大到小排序依次是用户、载人航天主管部门、政府主管部门、技术人员、竞争对手、合作者、上游供应商、行业组织、大众传媒力度和社会大众。     

基于载人航天功能模型的系统安全性模糊评价方法研究

对载人航天安全性评价时，需要处理两类不同的数据，即随机性数据和可能性数据。本文根据载人航天过程，初步建立了功能的对象模型，在此基础上，基于模糊规划方法，将两类安全性数据进行了统一处理，并提出了载人航天系统安全性模糊评价的求解方法。     

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。     

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。     

基于体系工程的武器装备体系需求论证

基于体系工程的思想和方法,探索武器装备体系需求论证的新模式。提出了武器装备体系需求论证的研究框架,包括军事背景分析、任务领域需求分析、能力领域需求分析、需求方案分析和体系结构优化设计,明确了武器装备体系需求论证的规范过程、理论原则、技术方法以及相关体系结构产品,阐明了其实用性和有效性,为武器装备体系需求论证和顶层设计提供了理论方法支撑。     

基于HLA的测控资源调度仿真系统设计

基于HLA架构对航天测控资源调度系统设计进行了研究。从测控调度问题的基本特点和流程出发,对软件的总体结构,功能设计、各主要类的设计和相互关系、调度模型和调度算法的设计等关键技术进行了研究。在建立基于CSP的系统描述模型和启发式调度算法的基础上,设计开发了具备联邦成员特点,能够与未来航天总体仿真系统顺利集成能力的航天测控资源调度软件系统.通过仿真试验,验证了系统的可用性。     

载人航天器在轨维修性设计体系

开展了对载人航天器维修性设计体系的研究,明确了载人航天器维修性设计体系构成,包括维修性设计、维修性验证、维修性评价和维修性管理。维修性设计包括维修原则确定、维修需求分析、维修任务规划、维修模式设计等;维修性验证包括维修试验规划、分析仿真验证、实物试验验证和在轨飞行验证;维修性评价包括飞行工程师评价和航天员评价;维修性管理将维修性设计、验证、评价工作进行有机衔接并在工程上实施。本文可以作为载人航天器在轨维修性设计工作的参考。     

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。     

空间目标天基监视分布式仿真系统设计

以HLA在航天系统仿真领域的广泛应用为背景,设计了基于HLA的空间目标天基监视分布式仿真系统。在系统架构层面,设计数据层、模型层、任务层的分层结构。在系统设计方面,设计仿真控制成员、天基监视成员、光学载荷成员、空间目标成员和视景仿真成员,建立天基监视系统中的轨道动力学及机动模型、姿态动力学与控制模型、载荷指向及目标成像模型。在系统实现方面,基于RTI进行系统集成。应用Vega Prime和OpenGL实现天基监视视景仿真和光学成像仿真,完成空间目标天基监视任务的仿真验证。     

考虑冲击与阶段备份的多阶段任务系统可靠性建模

近年来,由于在航空航天、军事、核能等领域的广泛应用,多阶段任务系统(phased mission system, PMS)可靠性建模方法得到了广泛的关注。航天系统所包含的电子设备会由于自身的老化导致性能退化而失效,同时也会因为外界的随机冲击导致失效,严重影响系统可靠度。针对该问题,提出一种基于模块化方法的模型。首先,将冲击模型与半马尔可夫过程结合,计算受冲击影响的工作单元可靠度。然后,提出一种基于二元决策图(binary decision diagram, BDD)模型的方法,对同时考虑冲击与阶段备份的PMS进行可靠性建模。最后,以某型航天器中的推进子系统为例对所提方法进行说明,并应用蒙特卡罗方法进行验证,证明了所提方法的建模效率与准确性。     

容错技术在航天领域中的应用

关于容错技术在航天领域中的应用问题,仅从系统总体角度谈几点看法。 一、为什么在航天领域 要采用容错计算 大型航天系统对安全性和可靠性提出了极高的要求。以载人航天系统为例,由于载有宇航员,所以对全系统的安全性要求极高,如需要达到0.997。全系统由诸多分系     

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...