基于模型的机电系统多物理域仿真技术应用研究

针对新一代飞机机电系统功能高度集成、系统架构和接口设计复杂等特点,基于LMS Imagine.Lab仿真平台,开展了基于模型的机电系统多物理域仿真技术应用研究。采用系统建模软件AMEsim构建了某型飞机机电系统不同层次(架构层、功能层、性能层)的系统仿真模型,实现了多物理域仿真模型联合仿真与调试的关键技术过程,应用结果证明该方法可以为机电系统的综合权衡提供一种有效的实施途径。     

机电系统顶层架构设计方法

结合我国机电系统发展现状,分析波音和罗尔斯·罗伊斯公司为能量优化飞机设计提出的"架构遴选策略",剖析该方法从机电系统顶层设计阶段开始,不断缩小系统/子系统架构选择范围的整个设计过程,最终得到可供选择的机电系统架构设计方案。"架构遴选策略"为我国机电系统顶层架构设计提供可以借鉴的方法,能够满足能量优化要求下的全新机电系统正向设计需求,可以促进机电系统在能量、控制、功能和物理等方面的综合设计,实现机电系统整体性能最优。     

基于系统工程 V模型的航空发动机正向设计方法

针对国内航空发动机研制面临需求分析和需求验证薄弱、正向研发能力欠缺的情况,在民用飞机及系统开发指南要求的基础上,构建了基于系统工程 V模型的航空发动机正向设计流程,从需求定义、需求分析、需求确认、功能分析、功能危害性分析、逻辑架构设计、物理架构设计与权衡、设计实现、系统安全性评估及产品集成与验证等方面开展航空发动机的正向设计。将建立的基于系统工程 V模型的航空发动机正向设计流程应用到某型航空发动机的设计中,利用 DOORS软件进行航空发动机设计的需求定义,采用故障树分析(Fault Tree Analysis,FTA)法进行系统安全性评估,有效提高了航空发动机正向设计的能力和水平。对于提升航空发动机研制质量,交付满足用户需求的航空发动机产品具有重要意义。     

支持MBSE的系统全过程设计应用框架研究与实现

针对当前工程系统设计中需求和功能分析多基于文档,难以与物理模型交互进行系统整体仿真验证的问题,研究了基于模型的系统工程(MBSE)方法论和功能模型接口(FMI),提出了一种支持MBSE的系统全过程设计应用框架,并基于该框架设计了某型飞行器舵机伺服系统.结果表明,该框架能满足从需求、功能分析到物理仿真的全过程模型实现和联合仿真,提高了系统设计效率,降低了反复迭代次数,适用于大型、复杂系统的全过程设计建模与仿真.     

基于MBSE的副翼及其操纵系统研发技术及应用

飞机的设计研发是一项涉及多学科领域、多目标、多约束的复杂系统工程过程,系统耦合紧密、参与人员众多、设计信息庞杂,以文档为中心的需求管理等传统研发方法突显出一定的困难,亟需探索新的飞机设计研发方法。以副翼及其操纵系统为研究对象,对基于模型的系统工程(Model Based System Engineering,以下简称MBSE)方法进行了探索研究:采用达索MBSE方法论-MMS(Modeling Methodology for Systems,以下简称MMS),从使命、服务、功能和组件不同视角对副翼及其操纵系统研发的各个方面进行解析,进而完整定义系统;利用达索3D Experience平台,通过RFLP系统工程架构,进行了副翼及其操纵系统的需求开发、功能分析及逻辑架构设计,完成了需求、功能、逻辑架构、系统仿真、物理设计等模型的关联追溯,实现了以达索MBSE方法论为核心的研发技术的有效应用。     

基于模型的设计综合方法在综合数据管理系统中的应用

本文介绍了 Harmony 的基于模型的设计综合方法,并采用该方法对综合数据管理系统进行设计综合.其设计综合流程包括:架构分析、架构设计和详细架构设计.对每个阶段的活动及其产物进行了描述,并给出了每个阶段在实际系统中的应用结果,最后说明了设计综合阶段完成后应给后续软硬件开发人员的交付物.应用结果表明,该设计综合方法能较好地衔接系统功能分析和软硬件开发阶段,并能基于模型对系统架构进行设计综合及验证,增强了系统设计综合结果的可靠性.     

基于模型的设计综合方法在综合数据管理系统中的应用

本文介绍了Harmony的基于模型的设计综合方法,并采用该方法对综合数据管理系统进行设计综合.其设计综合流程包括:架构分析、架构设计和详细架构设计.对每个阶段的活动及其产物进行了描述,并给出了每个阶段在实际系统中的应用结果,最后说明了设计综合阶段完成后应给后续软硬件开发人员的交付物.应用结果表明,该设计综合方法能较好地衔接系统功能分析和软硬件开发阶段,并能基于模型对系统架构进行设计综合及验证,增强了系统设计综合结果的可靠性.     

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。     

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。     

基于模型的飞机地面减速系统架构设计方法

地面减速功能在飞机上的实现涉及多个系统,其综合系统架构具有很高的复杂性,多系统间的接口数量巨大且接口形式多样,多系统间的动态协同工作逻辑比较复杂。为了应对这种复杂性,提出了基于模型的系统架构设计方法,将SysML建模语言和面向对象的建模思想应用到飞机地面减速系统的架构设计和行为分析中,可以实现系统架构元素的统一定义和分解,以及多系统集成架构的统一接口定义和分析,同时可以实现系统静态架构和动态行为的协同设计;搭建了飞机级和系统级的架构模型和行为模型,实现了地面减速综合功能的分析和多系统集成架构的设计。实践表明,基于SysML的飞机地面减速综合系统架构设计方法可以有效应对多系统集成设计的复杂性,并提升集成设计的效率和质量。     

基于模型的民机自动飞行功能分析与设计

描述了民用飞机自动飞行系统基于模型的功能分析与架构设计过程。该研究采用符合现代系统工程理念的模型化设计形式,表明和确认系统功能在各种运行决策、人机交互和外部环境中的变化。它针对系统级功能静态、动态特性进行结构化分析和设计,系统性地研究外部对象、应用用例、功能逻辑、交联时序和状态跳转,在确认模型的合理性后生成逻辑架构与接口,将设计需求进行分配,用于设计实现和软硬件架构。该研究通过对飞行导引、自动推力、自动着陆、机组通告等功能的可用性和完整性进行分析检验,改进了功能需求设计。     

基于模型的复杂系统安全性和可靠性分析技术发展综述

复杂系统的安全性、可靠性分析一直是装备通用质量特性领域关注的热点问题。随着航空机载系统向综合化、集成化、智能化方向发展，系统的功能逻辑、架构设计以及容错设计越来越复杂，以人工演绎推理为主的传统安全性、可靠性分析手段已经越来越不能满足要求，模型驱动的分析方法正在成为复杂系统安全性、可靠性设计所依赖的重要技术手段。特别是近几年，基于模型的系统工程技术发展迅猛，并在国内外航空企业中得到了广泛的应用和认可，这为基于模型的系统安全性、可靠性设计技术的进一步发展提供了有利条件。本文主要对国内外基于模型的复杂系统安全性、可靠性分析技术的研究进展进行了介绍，并对该项技术未来的发展方向和趋势进行了分析，为装备开展系统安全性、可靠性分析工作提供借鉴。     

基于模型的载人航天器研制方法研究与实践

载人航天器具有系统规模大、技术难度高、单件小批量、无法通过多次飞行持续完善设计、可靠性要求高等特点。当前载人航天器研制中仍存在着参数化和模型化程度不高、基于模型的系统综合仿真验证不足、研制各环节缺乏数字化集成等问题，传统基于文本的系统工程方法已无法满足研制需求，亟需采用基于模型的系统工程方法。本文针对载人航天器的研制现状和应用需求，提出了面向载人航天器全生命周期的模型体系，定义了需求模型、功能模型、产品模型、工程模型、制造模型、实做模型等六类模型，提出了基于模型的研制流程，包含系统设计闭环验证、产品设计闭环验证、实做产品闭环验证3个验证环节，并深入探索了各研制环节中不同模型间的传递与关联关系。以某型号载人航天器为应用基础，系统地验证了提出的方法。     

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ANN逆模型的非线性系统内模控制结构方案及仿真研究

基于逆模型的非线性系统控制器设计方法已得到了快速发展,并成为设计控制系统的一种重要方法。但对大量复杂、未知和不确定的非线性对象,建立具有一定通用性的逆模型控制器,在实际非线性系统设计中是非常困难的。文中基于系统内模控制（IMC）原理和神经网络（ANN）的非线性映射、大规模并行处理等特性,设计了非线性系统的ANN正模型辨识器及逆模型控制器,基于IMC原理和ANN理论建立了非线性系统的IMC结构方案。大量仿真研究表明,设计的基于ANN逆模型的IMC结构方案是有效的,ANN逆模型控制器具有良好控制性能,且其结构简单,具有一定通用性。     

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。     

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。     

基于协同的空间站运营飞行任务规划方法研究

结合我国空间站运营任务需求,针对规划对象需求多样、约束复杂、在轨资源有限及多用户参与等特征,分析了基于协同的飞行任务规划问题;从用户模型与规划模型两方面构建了协同规划模型;提出了多级递阶控制的协同规划策略,把维数高、求解难的复杂协同规划问题分解为系统内、系统间等不同层级协同规划;基于分布式网络,采用B/S架构设计了协同规划支撑环境,实现了协同过程全局数据一致性控制。设计实现了验证环境基本功能,相关实例验证结果表明,分布式协同规划支撑环境具有技术可行性。研究成果可为我国空间站运营规划提供参考。     

基于原型仿真的航空电子系统螺旋式开发方法

针对未来航空电子系统面临的挑战和航空电子系统设计的特点,提出了基于原型仿真的航空电子系统螺旋式开发方法,克服了瀑布式系统开发方法在航空电子系统开发中的缺陷.该方法强调概念和需求的验证,克服因系统设计早期发生错误而引起系统研制后期更大的更改;强调图形化设计和原型仿真,克服错误的需求理解,导致错误设计;强调系统建模,一方面可以在模型上进行各种验证和试验工作,另一方面可以重复迭代和重复利用.利用基于商用技术和系统设计工具建立系统的建模系统和原型仿真平台.最后介绍采用基于原型仿真的航空电子系统螺旋式开发方法进行的航空电子系统设计的两个应用实例.     

基于模型的系统工程在航电系统设计中的应用研究

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。