[發(fā)明專利]一種基于MBSE的頂層系統(tǒng)設(shè)計方案驗證、優(yōu)化和評估方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910196659.1
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN110321580A
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王丹丹;宋蕾;梁浩;高波;郭聞昊;楊宇和;賈睿;龔博;張洪源;王婧舒;陳思思;馬吉陽
• 申請（專利權(quán)）人: 北京宇航系統(tǒng)工程研究所;中國運載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于基于模型的系統(tǒng)工程(Model?Based Systems Engineering，以下簡稱MBSE)的頂層系統(tǒng)設(shè)計方案驗證、優(yōu)化和評估方法，本發(fā)明涉及一種基于MBSE的頂層系統(tǒng)設(shè)計方案驗證、優(yōu)化和評估方法，依據(jù)以某飛行器為代表的復雜產(chǎn)品頂層系統(tǒng)設(shè)計方案設(shè)計與分析的需求，結(jié)合基于模型的系統(tǒng)工程理論，提出了頂層系統(tǒng)設(shè)計方案驗證、優(yōu)化和評估方法。本發(fā)明的主要特點是運用SysML以圖形化模型描述頂層系統(tǒng)，設(shè)計方案形象直觀，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能清晰明確，并將SysML模型按規(guī)則轉(zhuǎn)換為Petri網(wǎng)模型進行仿真評估并優(yōu)化，評估方法動態(tài)有效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于MBSE的頂層系統(tǒng)設(shè)計方案驗證、優(yōu)化和評估方法，依據(jù)以某飛行器為代表的復雜產(chǎn)品頂層系統(tǒng)設(shè)計方案設(shè)計與分析的需求，結(jié)合基于模型的系統(tǒng)工程理論，提出了頂層系統(tǒng)設(shè)計方案驗證、優(yōu)化和評估方法，在設(shè)計過程中，按照需求、功能和結(jié)構(gòu)的順序，運用SysML描述頂層系統(tǒng)設(shè)計方案，并在建模過程中驗證方案，并將SysML中部分模型轉(zhuǎn)換為Petri網(wǎng)模型進行仿真評估，根據(jù)評估結(jié)果優(yōu)化設(shè)計方案。

背景技術(shù)

飛行器頂層系統(tǒng)設(shè)計是一項復雜的系統(tǒng)工程。飛行器頂層系統(tǒng)設(shè)計涉及了幾何學、空氣動力學、推進力、彈道學、熱學、結(jié)構(gòu)動力學、控制、裝配、成本等諸多學科。在傳統(tǒng)的復雜產(chǎn)品研制過程中頂層系統(tǒng)設(shè)計方案是以數(shù)量巨大的文檔的形式存在，難以評估和確定信息的完整性和一致性，難以描述各種活動及其交互，難以進行驗證、優(yōu)化和評估。MBSE是運用模型描述頂層系統(tǒng)設(shè)計方案，能夠減少方案中不一致和錯誤，并提高不同領(lǐng)域人員之間的交互能力，并能對模型進行分析和驗證。

可以采用SysML建模語言建立模型來描述頂層系統(tǒng)設(shè)計方案。SysML是一種通用的圖形化建模語言，支持復雜系統(tǒng)的描述、設(shè)計、分析、驗證和確認，對系統(tǒng)描述能力強，規(guī)范化和標準化好，有友好的用戶界面，可以有效地描述系統(tǒng)。但是SysML也有不足，主要有對動態(tài)模型缺乏有效的驗證和分析方法方面，其系統(tǒng)動態(tài)模型順序圖、狀態(tài)圖缺乏嚴密有效的驗證和分析方法，這就導致了頂層設(shè)計的模型驗證和仿真成為亟待解決的問題。

Petri網(wǎng)作為一種建模工具，既有直觀的圖形表示，又有嚴謹?shù)臄?shù)學分析方法，不僅能描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性，也能描述系統(tǒng)的動態(tài)特性，尤其適合于描述含有并發(fā)、異步和分布特征的復雜系統(tǒng)。因此在頂層系統(tǒng)設(shè)計模型驗證和仿真階段將Petri網(wǎng)和SysML相結(jié)合，開展頂層設(shè)計模型的仿真驗證工作，驗證需求的合理性和總體指標的完備性，這樣使得Petri網(wǎng)和SysML可以發(fā)揮各自的優(yōu)點，滿足系統(tǒng)建模與驗證的需求。

通過對SysML模型和Petri網(wǎng)的研究和分析，Petri網(wǎng)具有嚴格的形式化定義，而SysML具有友善的用戶界面；Petri網(wǎng)可以直接分析驗證系統(tǒng)，而SysML可以有效地描述系統(tǒng)；Petri網(wǎng)模型善于模擬仿真系統(tǒng)，而SysML 模型能夠容易地編程實現(xiàn)。因此可以將Petri網(wǎng)和SysML相結(jié)合，在SysML 和Petri網(wǎng)之間建立映射關(guān)系，充分利用兩種方法有互為補充的特性，這樣使得Petri網(wǎng)和SysML可以發(fā)揮各自的優(yōu)點，滿足系統(tǒng)建模與驗證的需求，為對頂層設(shè)計模型的仿真驗證和頂層模型與下層領(lǐng)域?qū)I(yè)模型的參數(shù)動態(tài)映射提供一種有效的解決途徑。

頂層模型設(shè)計人員可以首先使用SysML圖進行建模，再利用SysML模型轉(zhuǎn)換為對應的Petri網(wǎng)模型的規(guī)則，將SysML圖轉(zhuǎn)換為Petri網(wǎng)，利用Petri 網(wǎng)的分析技術(shù)對模型進行分析驗證，找出模型中的錯誤或缺陷，最終改進系統(tǒng)的設(shè)計方案。通過這個過程，減少了頂層建模過程中的錯誤，從而提高了頂層模型設(shè)計的質(zhì)量。這樣避免了直接使用形式化方法對系統(tǒng)建模，降低了形式化方法的使用難度，提高了形式化方法的可擴展性；同時也為SysML語言的精確定義提供了參考。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題為：克服現(xiàn)有技術(shù)難題，提供一種基于MBSE 的頂層系統(tǒng)設(shè)計方案驗證、優(yōu)化和評估方法，解決了頂層系統(tǒng)設(shè)計方案難以動態(tài)評估的問題。

本發(fā)明解決的技術(shù)方案為：