符合民机适航标准的形式化方法研究

描述了形式化方法的定义、目的、作用和软件开发流程。以发动机仪表盘显示布局风格需求为例,通过四变量形式化方法对需求进行形式化建模,通过形式化分析证明模型的完备性和一致性。以发动机油量周期计算需求为例,通过Event-B形式化方法对需求进行形式化建模,通过形式化分析发现需求模型的缺陷。对民机适航标准形式化方法相关的三份补充文件进行了解读,对采用形式化方法进行民机软件开发具有指导意义。     

MBSE在民机起落架系统设计中的应用

详细介绍基于Raphsody的大型民机系统功能开发流程与方法,及其在民用飞机起落架系统设计中的应用。通过模型的方式对系统建立用例、功能流、时序关系和可用于执行验证的状态机来描述系统,指导大型民机复杂系统设计过程中的需求分析、功能分析和设计综合工作,探索MBSE方法在民机复杂系统设计中的指导作用。     

航空发动机机载健康管理系统设计方法

为解决航空发动机机载健康管理系统正向设计流程不清晰、设计需求不明确、需求设计对应及追溯不规范的问题，在对 比国内外现有健康管理功能架构体系的基础上，结合正向设计中需求捕获、需求分析和功能分配，研究了由上到下的航空发动机 健康管理系统正向设计基本流程，开发了航空发动机健康管理正向设计流程平台，实现了机载功能架构的设计。引入基于模型的 系统工程思想，采用面向对象的工程设计思路，建立功能目标量化、功能描述、模块定义等图形化设计方法，验证了该设计方法在 硬件设计中的可用性。通过研究航空发动机机载健康管理系统设计方法并分析机载功能组成，建立了可扩展的流程平台，基于模 型设计方法建立了可用的硬件设计模型，可为航空发动机机载健康管理系统设计提供参考。     

民用飞机全寿命周期成本及经济性设计研究

总结了民用飞机全寿命周期成本研究方法,对民机型号研制中通常采用的成本估算方法和软件工具进行了介绍。在此基础上,一方面从民机运营经济性的角度对不同市场条件下的计算分析模型进行了对比,指出发展更可靠的直接维修成本（DMC）模型的必要性;另一方面,从民机研制的角度,通过将经济性分析模块有机融入传统飞机设计流程,提出面向经济性设计的总体思路,为实现民用飞机的多学科设计提供了基础。     

基于三维参数化模型构建的飞机重量重心快速估算方法

 针对飞机总体设计阶段重量重心(c.g.)估算的专业要求、设计方案反复调整的特点,提出了基于三维参数化建模的重量重心快速估算方法,从而实现后续的快速参数化调整。基于该方法的分析流程,通过分析飞机外形建模和结构、系统重量建模的工作对象和专业逻辑,对各个重量组成及其建模过程进行了参数化描述和流程定义,用于指导完成整个设计分析系统的开发实现。最后,通过算例演示了基于三维参数化建模进行重量重心快速估算的步骤。     

面向维修性设计的民机产品拆卸序列规划方法

维修拆卸序列规划是产品维修性设计的重要内容。深入研究了面向维修性设计的产品拆卸建模方法,将民机产品分为部件模块与联接件两部分,构建了部件联接图模型,通过关联矩阵描述了部件模块与联接件的相互关系。分两步给出了民机产品拆卸序列规划方法:利用干涉矩阵确定部件模块的可行拆卸方向,以拆卸代价最小为目标,提出了基于有序搜索的民机产品部件模块的拆卸序列规划算法;考虑联接件的拆卸顺序,以拆卸工具更换次数最小为目标,提出了基于基因成对交叉与变异的遗传算法的完整拆卸序列优化方法。最后,结合某飞机前起落架系统给出了应用实例,阐明了本文方法的有效性。     

基于Petri网的建模方法在叶片制造流程重组中的应用

采用基于Petri网的流程建模方法,结合数字化条件下叶片工艺流程设计与评估的相关理论,对叶片制造流程进行重组,并绘制流程框图.利用可达树对Petri网模型进行死锁分析,从而减少流程重组的盲目性和风险.最后通过工程事例说明Petri网模型的死锁分析过程.     

民用飞机生产体系需求定义过程研究

建立高效灵活的民用飞机生产体系是民机项目研制成功的重中之重,也是民机制造商面对变化多端的民机市场必须解决的关键所在。民机产品的复杂性与多样性,决定了民机生产体系的复杂性与多样性。借助系统工程方法探索以需求为牵引对生产体系开展正向设计的方法,在充分研究民机产品与生产体系关系的前提下,借鉴目前广泛用于飞机产品需求定义的思路,本文对生产体系需求定义过程进行了研究,提出了利益攸关方模型和基础功能模型,将风险分析引入生产需求定义过程以提升目标系统的安全性,描述了从利益攸关方需要到需求和从风险应对需要到需求这两类需求捕获方法,提供了生产体系需求的分类方式并阐述了分类的目的,给出的典型生产体系需求来源可作为相关实践的模板。     

民机典型连接结构优化设计

介绍了拓扑优化和尺寸优化的特点,给出了飞机结构优化设计的方法和流程。选取民机吊挂典型连接结构为研究案例,建立了相应的有限元模型及优化模型,采用拓扑优化与尺寸二级优化的方法,完成了典型结构在多种民机载荷工况下的结构优化设计分析,优化结构达到了预期的目标,通过分析,阐明了该优化设计方法的可行性。     

一种基于AADL的航空电子系统仿真和验证技术

飞机系统集成化程度的提高增加了对航空电子系统设计和分析的难度,同时也对安全性需求等系统特性的验证提出了更高的技术要求。对基于结构化分析和设计语言(AADL)的系统建模和仿真流程及相应的评估分析能力进行了介绍,并在基于AADL的航空电子系统建模框架下,提出基于AADL的航空电子系统仿真评估和验证方法,利用结构化分析和设计语言AADL构建航空电子系统典型子系统的正常模型和错误模型,并以此建立系统的扩展模型。在此基础上,利用形式化方法对系统模型进行描述并转化为Kripke结构。最后对系统模型进行模型仿真和特性验证,验证所构建的系统架构和设计逻辑是否符合系统设计特性需求。     

舵面结构参数化建模方法及气动弹性应用

以典型舵面为对象研究适用于飞行器部件的结构参数化建模方法及应用。首先,提出一种基于有限元方法,及映射变换法则的,由二维网格参数化剖分向三维外形展开的,参数化描述思路,通过Matlab编程实现其流程算法;然后,将舵面参数化建模,与结构动力学及颤振分析相结合,分别将结构模型、气动网格和插值结点做参数化描述,进而实现舵面颤振分析模型的参数化;最终,将参数化建模方法,与遗传算法优化流程相结合,实现舵面外形及结构参数的优化设计。以某全动尾翼模型为例,应用文中方法极大提高了结构建模效率;与遗传算法相结合,在满足约束条件的前提下,实现了该舵面初始方案47%的结构减重效果。研究成果可为概念设计阶段的舵面设计提供指导。     

基于MBSE思想的航空发动机控制系统设计方法

在航空发动机控制系统设计开发过程中,存在需求理解偏差、需求实现描述不清晰、设计过程缺失等问题,严重影响产 品后续使用。为了构建完整、规范、准确的系统设计要求,完整描述系统设计过程,引入基于模型的系统工程思想。通过需求分析 将用户需求条目化,并对每条需求进行确认;通过功能分解,将复杂系统模块化;利用功能描述将需求量化、图形化,明确各项功能 的具体行为;在要求制定过程中引入数据流管理,将整个系统设计过程有机结合在一起。结果表明：采用基于模型的系统工程思 想构建满足产品研发的控制系统正向设计方法,实现了顶层需求的100%覆盖和追溯,可将模糊的需求通过建模方式具体化、显形 化。通过N1测量对设计方法进行了验证,表明该方法可用于工程设计。     

先期产品质量策划（APQP）方法在民机航电系统开发中的应用探索

基于通用民机产品研制流程和ARP 4754A标准建立航电系统开发APQP过程模型；参考ARP4754A标准对安全性分析的要求通过综合分析，将先期产品质量策划（APQP）及相关质量工具应用于民机航电系统开发项目。明确质量工具与各开发阶段的对应关系，为航电系统开发建立质量控制方法提供可借鉴意义。     

基于MBSE方法进行民机设计的工具链建设

随着民机系统的复杂度日益提升,系统工程的思想越来越多地被应用到民机设计中,而在系统工程中,基于模型的系统工程(MBSE)方法是未来的发展方向。阐述了基于MBSE的民机设计理念及基本的设计流程,介绍了对MBSE方法发展过程中具有重大影响意义的重要标准,针对设计流程中的每个阶段列举了当今世界比较流行的软件并介绍了这些软件的功能,最后提出了符合MBSE思想的工具链框架,为MBSE方法在民机设计中的落地提供了参考。     

民机研制风险管理浅析

对风险管理的相关定义进行了描述,分析了民机研制风险管理国内外现状,结合国内民机研制的特点,提出了民机研制风险管理过程和工作流程,着重对风险识别方法进行了研究。对比分析了风险识别方法,提出了民机研制风险识别体系。     

基于XML的民机电气接口定义模型应用研究

基于民机EWIS设计电气接口定义模型构建,定义基于XML的模式定义和关系型数据库数据模型;同时通过搭建电气接口定义、存储和查询的系统框架,设计基于XML的电气接口定义解析和构建方法,开发相应的功能软件,验证了基于XML的电气接口定义模型对民机EWIS设计领域中统一、完整、结构化、规范化的定义和使用电气接口定义数据具有重要意义。     

基于系统工程的飞机系统架构设计过程

随着电子化和集成化程度越来越高,现代飞机系统架构设计中出现越来越多的综合性问题,业界提出了体系性的飞机系统架构设计要求,包括系统工程过程要求、适航条款对架构设计的约束要求、高安全性设计要求等,但缺乏规范的、可落实的飞机系统架构设计过程。针对这个问题,提出了"基于系统工程的飞机系统架构设计过程",并引入了多视角策略(功能视角、逻辑视角、物理视角),针对每个视角,给出了完整的架构设计过程描述和输入输出定义;横跨三个视角,定义了五条设计主线,包括需求主线、架构主线、行为主线、性能主线和安全性分析主线;在多视角的框架下,五条主线上的设计数据可以构成全局性的追溯网络,支持开展各项架构设计分析,并最终支持架构设计质量的提高。     

基于模型的系统工程设计方法在TCAS中的应用

针对传统空中交通防撞系统(TCAS)设计中基于文档描述的不足,采用基于模型的系统工程方法进行TCAS系统建模。在建模过程中使用SysML语言,通过多个视图来描述和分析系统需求,并通过模型的执行尽早验证需求。整个设计过程都是基于需求的,是可测试、可追溯的,是由经验研发向需求研发的转变。     

面向制造的通用飞机数字化设计方法研究

为提高装配图纸对生产的可指导性,实现总装物料与图纸的层级对应,同时减少详细设计阶段各专业的冲突,对面向制造的通用飞机数字化设计方法进行了研究。结合生产工艺流程进行总体方案设计,确定总体参数;以装配流程为建模结构,在按需求配置的协同设计平台中搭建总体骨架,进而开展详细三维建模工作。通过实际机型的三维建模证明,此种建模方式下设计过程中的模型冲突得到了即时解决,各分工位设计实时关联,设计图纸可直接指导生产装配,大幅度缩短了研发周期。     

基于Bayes方法的民机冗余系统可靠性评估

民机中常通过冗余设计提高系统的可靠性,研究冗余系统的可靠性评估具有工程实用性。民机故障发生具有随机性,本文采用马尔可夫链描述民机冗余系统的状态变化;考虑到民机可靠性信息较少,要充分利用多源信息,运用Bayes方法对两设备组成的冗余系统进行可靠性评估。假定设备故障间隔和维修时间均服从指数分布,在不同的先验分布下,评估了该冗余系统的平均无故障工作时间,并计算了相应的稳态可用度。针对具体数值例,采用蒙特卡罗仿真方法,评估了民机冗余系统可靠性,并对仿真结果进行了分析。