基于模型的系统工程在机载电子系统领域的应用

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1、三!!：il呈_!l兰il燮垒lB旦Q尽鬯曼巨Q些!呈凹E丛工垒型旦工I立型型Q。Q鱼∑基于模型的系统工程在机载电子系统领域的应用ApplicationofModel—BasedSystemEngineeringinAreaofAirborneAvionicsSvstem中航工业西安航空计算技术研究所白洁吕伟张磊邓广宗白洁任职于中航工业西安航空计算技术研究所，主要从事辅助动力控制系统和航空机载电子系统的研究工作。机载电子系统关系到飞机的安全性、可靠性、先进性和成本，是飞机上最重要的子系统之一。机载电子系统涉及网络、电子、控制等多个领域，具有高度复杂性、综合性

2、等特点。在传统设计过程中，文档是数据在产品设计、制造、验证、生产各阶段传递的核心，各个构型项独立设计，再进行集成验证，这种设计方法存在96航窄制造技术·2015年第4期从MBSE的概念、结构、发展历史入手，基于某型动力电子控制系统，使用Harmony—SE流程举例分析MBSE在当前机载电子产品的应用，同时探讨了MBSE在产品开发方面存在的问题。指出未来复杂产品的范式增长将会为MBSE的进一步发展提供崭新机遇与挑战。有理由相信：MBSE在未来复杂工程的发展中将占据更为重要的地位oDoI：10．16080／j．issnl671-833x．20l5．04．096以

3、下问题：一是缺少对系统层架构的仿真和验证，导致产品缺陷无法通过后期更改来弥补，产品设计迭代次数多；二是文档规模大、版本多，技术状态不容易控制；三是缺少多物理场的耦合仿真分析，仿真验证在各领域独立进行，且只是在产品详细设计阶段进行，很少在需求分析及初步设计阶段进行系统功能及行为仿真；四是软硬件在优化设计时，只考虑了其本身参数的优化，而电子、软件、控制等参数问的相互影响关系很难在后期优化设计中实现。因此目前传统的开发方法已无法满足市场需要。基于模型的系统工程体系结构1基本概念基于模型的系统丁．程(Model—BaserlSystemEngineel’ing，MB

4、SE)的基础是系统T．程，系统丁程是实现成功系统的一个跨学科方法，其思想体现了自顶向下的分解和自底向上的综合，系统_T程“v形”图见图l。系统丁．程师完成系统的分解和系统集成，通过用户需求分析、系统功能分析、设计方案权衡和仿真验证，形成系统初步方案。同时将系统分解为子系统或部件，形成部件级或子系统垒IB垦QB丛E至Q_!星塑呈型，．垒趟旦。巨立d_Q。Q鱼：j!!：il!：li!：l燮图1系统工程开发V型图级需求．并将这些需求作为下一层次的开发任务分配到不同的研制单位，各单位根据不同专业特点对分系统进行详细的研究和设计=传统的系统丁程方法只适用于系统组成部分

5、可分解的结构性复杂项目，对于机载电子系统项目，现今均采用了大量的软件和复杂的硬件平台，同时系统综合方式、配套关系等发生了重大变化，使传统的系统丁程方法已无法解决；其次，传统系统T程关注各物理域内部影响及优化，因而无法关注产品内部子部件／系统之间的关系及相互作用?研发人员必须寻找适应目前及未来机载电子系统发展的新途径和新方法”之I一基于以上情况，基于模型的系统T程应运而生，MBsE主要根据系统T程从需求到系统、子系统、组件以及实现之间的分解关系，通过定义型号研制各个阶段(如用户需求、系统要求和结构、分系统设计、部件设计、部件制造等)的模型，实现产品研制过程和信

6、息基于模型的管理，并在此基础上建立了基于模型的系统工程机制【’I，其信息逻辑模型如图2所示．2基本结构目前世界不同组织及行业针对复杂产品形成了多种MBSE方法论或最佳实践，其中IBMTELEL(1GIc的Harn、onv—sE在航空航天领域最为著名Harmonv—sE是大型综合系统和软件开发流程的子集。HaIm011v—SE和HalInlonv的开发起源于I—Logix公司，前身是嵌入式市场中建模T具的主要提供者，所以更适合机载电子系统产品的开发，而基于IBMHarn洲1v系统丁程开发流程的Rhapsod、，T具，是目前业界应用较广的MBSE平台：其用户包括

7、

8、、ADS旗下的空客和军机部门以及MBDAl3—4。Harmonv流程在某种程度上反映m了系统设计的经典“v形”生命周期开发模型，此流程假定模型和需求被保持在集中的模型／需求库中，如网3所示，Harm011v系统T．程组件在总体设计方面具有以下目标：(1)需求分析：识别所要求的系统功能。(2)系统功能分析：识别相关系统的状态．(3)架构设计：系统功能分配到物理架构二图2MBSE信息模型在部件分析和设计过程中，存在不同的设计领域，其“模型”具有不同的含义。对于产品结构设计人员，MBsE指的是通过CAD软件建立的i维模型；对于仿真控制设计人员。其MBsE指的是通

9、过Amsim或Matlah等工具构建的被控对象模型：