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。     

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.     

基于模糊证据推理的系统风险分析与评价

针对系统风险分析与评价中面临的模糊不确定风险信息建模问题,以及风险因素信息融合问题,在模糊集理论与证据理论研究的基础上,采用模糊证据推理技术, 提出了基于模糊证据推理的系统风险分析与评价方法的具体算法与处理操作流程.首先通过故障模式及影响分析进行风险识别,采用模糊信度结构模型建立风险不确定性的统一描述框架, 然后通过数据预处理算法、模糊证据推理信息融合算法以及模糊风险排序方法完成风险评价结果计算; 文末以某航天发射场火箭推进剂加注系统风险分析为例,验证了方法的可行性与有效性.该方法定量化分析系统部件的风险程度,为后续风险应对措施的制定提供辅助决策支持.     

C4ISR系统总体方案规范化建模方法研究

提出了一种C4ISR系统总体方案规范化建模方法,该方法是将规范化的系统描述与建模方法和基于建模与仿真的系统分析、评估与优化方法相结合,共同用于系统的总体方案设计活动中,以解决系统需求向系统设计与实现的平坦过渡问题。阐述了C4ISR系统总体方案规范化建模与仿真分析过程,并重点对系统建模语言Sys ML及系统方案元模型的构建进行了深入研究。     

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。     

一类企业物流中心动态选址模型研究

首先探讨现阶段物流中心选址建模问题的新特点.其次根据需求动态变化的特点,将规划期分割成几个有代表性的周期,运用随机机会约束规划作为建模工具,以规划期内物流运作总费用和费用变动最优为目标,建立了多周期的企业分销物流中心随机机会约束动态选址模型最后对该模型的分析和处理进行了讨论,并通过算例论证了该模型的可行性和有效性.     

基于MBSE的动车组需求管理方法

为保证客户原始需求在动车组设计研发过程中被准确传递并满足,针对基于传统系统工程动车组设计研发中存在的需求表达存在歧义等需求管理问题,提出一种新的基于模型的系统工程(MBSE)思想需求管理方法,该方法基于Teamcenter平台,纵向分为客户需求、产品需求、系统需求以及部件需求四个层级,横向分为捕获、分析、确认、分配和验证五步活动,并以动车组空调系统为例,进行上述五步活动,建立层级化需求模型,通过设置需求属性对需求进行管理与量化.使用该方法能够建立需求与设计的追溯关系,保证需求的准确性,提高设计效率,降低研发成本.解决以往传统系统工程所带来的需求表达不清晰、查找与变更困难等问题.     

基于元模型的复杂产品虚拟样机建模方法研究

新技术环境下复杂产品对数字化设计质量的要求不断提升,需要进一步提高建模的质量和效率,解决复杂产品虚拟样机多学科模型的一体化信息集成问题,以实现复杂产品系统设计及优化。本文以航天制造领域广泛存在的复杂产品为对象,对元模型、建模方法以及多学科建模过程进行研究与分析,将多学科优化设计与元模型建模方法相结合,建立了复杂产品的虚拟样机元模型,并构建了元模型与学科元模型的转换关系,形成了虚拟样机多学科建模优化设计方案。     

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。     

模型驱动的复杂反应式系统顶层设计与验证

为克服复杂系统传统丈档驱动式设计方法的不足,实现复杂系统的全数字化设计,研究了用于数字化设计顶层环节的模型驱动式系统设计与验证方法.该方法强调在复杂系统设计的初期即对系统进行建模,建立系统的电子样机(可执行模型),并通过仿真消除其中的歧义和错误,验证设计满足用户的要求,避免将系统开发早期引入的错误带入后续开发过程中;以某型无人机飞控系统为实例,利用模型驱动开发平台设计其电子样机.设计实例表明该方法能显著缩短研发周期,提高研发质量,降低研发成本,对实现复杂系统全数字设计具有重要意义.     

基于模糊证据推理的突发事件风险分析模型

突发事件发生、发展和演化过程中的风险属性来源复杂,且相关信息具有不确定、不完备的特点.为准确分析这一特点下的突发事件运行风险问题,引入模糊证据推理构建分析模型.首先根据突发事件的结构化描述框架和故障模式影响危害分析(FMECA)方法构建突发事件风险属性识别框架,获取信息作为风险分析证据并对其进行规范化处理;然后以模糊证据推理构建突发事件风险分析的模型,通过计算,给出事件风险程度的合理判断;最后选取CRH某型动车组行车安全事件进行实例分析.分析结果表明,在分析突发事件风险时,针对信息不确定、不完备特点构建的模糊证据推理模型具有可行性与有效性,同时该模型能够为突发事件风险分析和风险应对决策的制定提供辅助参考.     

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。     

基于免疫危险理论的非常规突发事件风险识别双信号方法

非常规突发事件的风险识别是应急管理亟待解决的难题.综合运用免疫危险理论与计算实验技术,构建了突发事件风险识别的抗体浓度和亲合度的双危险信号模型以及基于相似性交叉与多样性变异的免疫遗传识别算法模型,将非常规突发事件风险识别转化为多峰函数优化问题,运用所提出的算法,发掘非常规突发事件的演化规律,发现最佳应对时机.通过森林火灾算例分析,演示了基于免疫危险理论的非常规突发事件风险识别方法在应急管理中的应用,验证了模型的科学性和可行性.     

一类多周期的物流中心稳健性选址模型研究

从剖析现阶段物流中心选址问题的特点入手,根据需求动态变化的特点,将规划期分割成几个有代表性的周期,运用随机机会约束规划作为建模工具,以规划期内物流运作总费用和费用波动均方差总体最优为目标,建立了多周期的企业分销物流中心随机机会约束稳健性选址模型.其次对该模型的分析和处理进行了深入的讨论,为模型的求解指出了两种可行的途径--确定等价类的转化和随机模拟.最后运用实际算例说明了模型的合理性和有效性.