基于模型的系统工程在航电系统设计中的应用研究

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1、基于模型的系统工程在航电系统设计中的应用研究鼬ldy蛐Appli伪a伽of洲一BasedSystemE玎曲咄inAVi伽icsSys劬D商弘中航工业第一飞机设计研究院葛立敏刘远恒王扬葛立敏硕士。工程师。主要研究方向为航空电子系统设计。传统设计流程的每个阶段都是基于文档描述的形式，通过大量的、各种不同的文档传递信息。随着系统规模和复杂度的不断增加，文档的数量和种类成倍增加，而且在整个过程中主要依赖于人，人的经验和质量意识影响系统设计的结果。现代飞机的航电系统功能越来越复杂，综合化程度不断提高，给传统设计带来了}国家重大专项资助项目(2012zx01041—006)，国家航空科学基金项

2、目(2013zc31003，2013zC31005)资助。60航空制造技术·2015年第8期基于模型的系统工程设计方法，就是在模型的基础上，采用科学的指导方法，帮助和引导系统设计人员始终围绕着需求。逐步深入了解、明确系统的过程。该设计方法有效地解决了传统设计中的不足和弊端，完成了由经验研发向需求研发的转变oDoI：10．16080／i．issnl671．833x．2015．08．060新的挑战¨】。表现为：(1)在需求阶段的投入不足。其详细的需求分析没有科学的指导方法，系统设计的需求会存在很多隐患，而需求的捕获、分析及定义对于开发一个成功的系统至关重要。(2)前期需求缺少验证的手段

3、，在后续设计和实现阶段发现大量需求存在的问题，耗费大量人力、物力和时间，直接影响系统开发的成败。(3)设计文件基于文字形式描述，信息传递差、标准化程度低，容易产生二义性，难以表述各种活动。(4)更改难度大。所有信息都包含在不同的文档中，要确保所有需要更改的内容都得到更改，将是个艰难的工程。(5)方案设计、详细设计、开发、仿真和验证，整个过程之间缺少有效的需求追踪关系。基于模型的系统工程设计方法现代飞机航电系统这样复杂的任务不可能靠一个人来完成，因为没人能精通整个系统所涉及的全部专业知识，也没人能有足够的时间来完成数量惊人的技术协调工作。这就需要有一套科学的方法将人员、物质、资金等组

4、织起来，有条理、高效率地完成工程任务。系统工程设计方法分析与设计过程的目标是将用户需求转化为设计说明，即能够指导系统实现的一套解决办法。简单地讲，系统工程就是开发解决问题的系统的思想方法，按照这样的方法和步骤就可以帮助人2系统需求分析们了解一个系统，对复杂的系统就不会感到无从下手，从而用流程和方法来保证系统设计的质量

5、2l。基于模型的系统工程采用通用的系统建模语言SvsM∥】对系统进行建模分析。基于模型的系统工程设计流程如图l所示分为两大阶段，即黑盒分析和白盒分析过程。简而言之，黑盒分析过程明确系统要干什么，白盒分析过程确定如何实现。需求分析1需求定义基于模型的系统工程设计方法是基

6、于需求分析和设计的指导方法，而非进行需求捕获的方法。采用D00RS工具对需要进行管理，可根据需要定义需求属性。基于模型的系统工程设计方法只针对ARP4754中描述的功能性需求进行建模。功能性需求是系统需求的核心，先有功能性需求才会提出对应的性能需求、操作需求和接口需求等⋯。将系统的涉众需求归纳为初步系统需求，把DOORS中的需求导人建模工具Rhapsody中。建模过程中的所有活动都以需求作为驱动。2．1系统用例图uSECASE图看似简单，但却是非常困难和重要的一个阶段。用例图包括3部分信息：边界、用例(功能块)和参与者，如图2所示。初步系统需求往往是非常庞大的，而且信息比较杂乱，如

7、何有效地从中提取系统的相关需求变得尤为重要。用例图提供了一种科学的指导方法：(1)一定要站在系统的角度来抽象系统要完成的功能。刚开始只关注系统要完成的功能，根据功能对需求进行整理，明确系统边界。(2)现代飞机航电系统提供的功能非常繁杂，避免一开始就陷入需求的细节。要对关键功能需求进行抽象，根据功能的相关性抽象几个大的功能块，功能块之间尽可能独立。(3)分析完系统的边界和系统的功能块，紧接着考虑每个用例分别给“谁”提供信息，又需要图1基于模型的系统工程设计流程“谁”参与，定义系统的参与者。整个分析过程就是对系统需求的充分理解，随着对系统认识的深入必然对需求有所更改，进一步更新完善系统

8、需求。2．2用例图需求追踪建立需求追踪矩阵，再次确认用例分析过程中没有遗漏主要功能项，特别是分析中更改、完善的需求。系统功能分析完成系统用例图后，按用例进行分工，针对每一个用例进行系统功能分析。功能分析只关注系统的功能，不考虑系统的架构和实现方式。把系统当作一个黑盒，通过活动图、时序图、端口和接口、状态机运行多个视角分析系统，形成一个反复迭代、逐步深入的过程。用模型的方式更直观地展示系统的功能，最为关键的就是通过模型的运行，能够尽早地验证、确认功能需求15】。采用这样