內(nèi)容教程分析教案2015for

基于模型設(shè)計方法在航空領(lǐng)域的應(yīng)用與實施方案建議2015.10.25魯金直,博士，瑞典皇家理工學(xué)院定義Model-BasedSystemsEngineering(MBSE)isaSystemsEngineeringparadigmthatemphasizestheapplicationofrigorousvisualmodelingprinciplesandbestpracticestoSystemsEngineeringactivitiesthroughouttheSystemDevelopmentLifeCycle(SDLC)Document-basedMethod(DB)isamethodologyforspecifying,designing,anddeployingtheinformationmodelsandrepositoriesthatenabledocument-centricapplicationsSystemsEngineering(SE)isanengineeringdisciplinewhoseresponsibilityiscreatingandexecutinganinterdisciplinaryprocesstoensurethatthecustomerandstakeholder'sneedsaresatisfiedinahighquality,trustworthy,costefficientandschedulecompliantmannerthroughoutasystem'sentirelifecycle.系統(tǒng)及對應(yīng)的系統(tǒng)特性系統(tǒng)工程，基于模型設(shè)計與基于文檔設(shè)計的比較productportfolioofGeneralElectricInspectionTechnologiesGmbH(GEIT)MontgomeryPR.Model-BasedSystemIntegration(MBSI)–KeyAttributesofMBSEfromtheSystemIntegrator'sPerspective[J].ProcediaComputerScience,2013,16:313-322.ScheerenI,PereiraCE.CombiningModel-BasedSystemsEngineering,SimulationandDomainEngineeringintheDevelopmentofIndustrialAutomationSystems:IndustrialCaseStudy[C]//Object/Component/Service-OrientedReal-TimeDistributedComputing(ISORC),2014IEEE17thInternationalSymposiumon.IEEE,2014:40-47.設(shè)計者想法需求模型基于模型設(shè)計的優(yōu)勢全生命周期管理的基于模型設(shè)計特點.YoungKG.DefenseSpaceApplicationofModel-BasedSystemsEngineering(MBSE)–ClosingtheCultureChasms[J].基于模型設(shè)計的需求SAAB,2010SteinkellnerS,AnderssonH,GavelH,etal.ModelingandSimulationofSaabGripensVehicleSystems,ChallengesinProcessesandDataUncertainties[C]//27thCongressoftheInternationalCounciloftheAeronauticalSciences,ICAS2010,September19-24,Nice,France.2010.BayerTJ,CooneyL,DelpCL,etal.Anoperationsconceptforintegratedmodel-centricengineeringatJPL[C]//AerospaceConference,2010IEEE.IEEE,2010:1-14.JPL,2010DLR,2013Model-basedSystemsEngineeringappliedinConcurrentEngineeringUnitedTechnology,2013SystemsEngineering:Imperatives,Definitions,Technology&Talent基于模型設(shè)計的需求基于模型設(shè)計的需求系統(tǒng)變化航空國防系統(tǒng)安全,健康,運輸?shù)取?dāng)下系統(tǒng)工程應(yīng)用ConceptDefinitionSystemArchitectingFunctionalAnalysisRiskManagementRequirementsEngineeringInterfaceDefinitionTradespaceAnalysis復(fù)雜性增加縮短生命周期的愿望SystemsofSystems（系統(tǒng)中的系統(tǒng)）大量的設(shè)計需求設(shè)計人員的架構(gòu)越來越復(fù)雜基于云的高性能運算大數(shù)據(jù)可視化數(shù)據(jù)顯示基于網(wǎng)絡(luò)的合作設(shè)計當(dāng)前系統(tǒng)工程應(yīng)用及系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn)SEPracticeConceptDefinitionSystemArchitectingFunctionalAnalysisRiskManagementRequirementsEngineeringInterfaceDefinitionTradespaceAnalysisObserve&DescribeUnderstand&ExplainExtend&ImproveSystemsTheoryProbabilityTheoryOrganizationalTheoryBehavioralEconomicsDecisionTheoryEconomicsPsychology關(guān)聯(lián)理論系統(tǒng)工程的研究方法SEPracticeConceptDefinitionSystemArchitectingFunctionalAnalysisRiskManagementRequirementsEngineeringInterfaceDefinitionTradespaceAnalysisTheoreticalExplanatoryModelsImprovementofMethods&ToolsEmpiricalCharact.FalsificationSystemsTheoryProbabilityTheoryOrganizationalTheoryBehavioralEconomicsDecisionTheoryEconomicsPsychology關(guān)聯(lián)理論系統(tǒng)工程的研究方法系統(tǒng)工程中模型具有如下功能系統(tǒng)模型建模人員系統(tǒng)物體及目標*模型使用人員描述環(huán)境結(jié)構(gòu)測量信息及標準預(yù)測性能經(jīng)濟花費及周期計算說明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)行為制造過程系統(tǒng)工程中的模型有助于交流Themodelinterpretercanextractinformationabouttheobjectwithouthavingfirst-handknowledgeofit,orwithoutinteractingwiththemodeler有助于加深記憶Helpshumansovercomethecognitivelimitationsofshort-termmemory有助于邏輯推理Throughtheapplicationofmathematics,wecaninfernewinformationaboutthemodeledobject.Inferencemechanismsincludelogic,algebra,differential/integralcalculus,probabilitytheory,optimization,…有助于理解Wemodelthingsthataretoocomplicatedtothinkthroughinmemory系統(tǒng)工程中的模型作用ithModelofObject(i+1)stModelofObject額外的設(shè)計觀點對應(yīng)信息轉(zhuǎn)換模型InferenceorReasoningAbstraction,RefinementAugmentation,Integration通過增加人類感知而實現(xiàn)功能領(lǐng)域知識的模型模型轉(zhuǎn)換的過程向基于模型設(shè)計方法轉(zhuǎn)化的困難點設(shè)計環(huán)境出發(fā)如何解決在復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計過程中的并行工程及合作工程問題工業(yè)領(lǐng)域中基于模型設(shè)計的認可度問題安全性問題基于模型設(shè)計方法及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用過去基于文檔設(shè)計的影響復(fù)雜組織結(jié)構(gòu)的劃分相應(yīng)的工業(yè)標準IEEEstandard1471–2000

ISO15288

ISO15926etail.htm?csnumber=29557ISO/IEC42010

IEEE-1516/HLA

IEEE-1730

FMISpecification

ISO15288轉(zhuǎn)換過程C2WT(CommandandControlWindTunnel)

DESTECS(DesignSupportandToolingforEmbeddedControlSoftware)

CRYSTAL

CERTI

相應(yīng)的項目WSAF(Whole-of-SystemAnalyticalFramework)system-analytical-framework/ModelicaML

INTO-CPS(IntegratedToolChainforModel-basedDesignofCyber-PhysicalSystems)

相應(yīng)的項目基于模型設(shè)計方法的模型及工具整合方案框架基于模型設(shè)計的成熟度模型（設(shè)計中）AVICXXXDAVICXXXDCRRCXXXDVolvotruckXXXD目前的一些數(shù)據(jù)情況ScaniatruckD基于模型設(shè)計的過程模型流程管理平臺搭建信息模型設(shè)計對項目流程進行建模，時間，項目進度，人力資源動態(tài)管理。基于模型設(shè)計的過程模型建模工具應(yīng)用基于模型設(shè)計的系統(tǒng)模型V&V3.參數(shù)配置界面信息模型XML文件中的信息描述4.測例設(shè)計界面5.仿真模型生成及配置XML配置文件前端界面2.信息模型輸入仿真測例的設(shè)計ModelsSceneScenariosSituationtaskHighwayRoadAutobreakingCarmakers&SimulinkCarmakers&SimulinkSimulinkComp1…Param1Comp2…Comp4…Param2Param3…Complexlevel1Complexlevel2…面向?qū)ο蠼７椒ǎ好嫦驅(qū)ο蟮慕７椒梢詫C電一體化系統(tǒng)以物理結(jié)構(gòu)的形式描述出來。機電一體化系統(tǒng)的組件可以被看成描述對象。物理系統(tǒng)模型，如液壓系統(tǒng)、多體系統(tǒng)，控制系統(tǒng)能被直接用于描述機電一體化系統(tǒng)。典型的面向?qū)ο蠼７椒ㄓ?，商業(yè)軟件AMESim，Simplorer，Saber，F(xiàn)lowmaster等均采用這種建模方法。面向過程建模方法：首先需要確定對應(yīng)物理結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)表達式，并且通過計算將數(shù)學(xué)表達式轉(zhuǎn)化成所需要的輸入與對應(yīng)輸出的因果式傳遞函數(shù)關(guān)系，最終獲得系統(tǒng)的準確模型，目前使用的Simulink即為這種仿真方式。（控制器設(shè)計）建模方法基于數(shù)學(xué)計算過程，非因果基于方程,非因果modelEMFparameterRealk=1;Voltagev;Currenti;AngularVelocityw;Pinp,n;Flangeflange_bequationv=p.v-n.v;0=p.i+n.i;i=p.i;w=der(flange_b.phi);k*w=v;flange_b.tau=-k*i;endEMF;控制系統(tǒng)設(shè)計過程中的建模方法與基于方程的建模方法面向?qū)ο蠼Ｐ问矫嫦蜻^程建模形式建模形式不同點面向?qū)ο蠓椒ㄔ诮r不需要得到準確的數(shù)學(xué)模型，也不需要工程師將實際物理公式通過數(shù)學(xué)表達轉(zhuǎn)換成傳遞函數(shù)形式。同時，在模型重用性上面也比較突出?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計過程中的建模方法與面向?qū)ο蟮慕７椒?lián)合仿真技術(shù)：是通過單領(lǐng)域仿真工具之間的接口，實現(xiàn)不同領(lǐng)域工具之間的協(xié)同仿真，從而提供多領(lǐng)域建模與仿真功能。多領(lǐng)域統(tǒng)一建模技術(shù)：通過使用多領(lǐng)域統(tǒng)一建模語言Modelica在統(tǒng)一的仿真平臺中對不同系統(tǒng)進行建模并仿真的仿真形式。集成物理系統(tǒng)模型關(guān)鍵技術(shù)機械多體模型液壓模型控制模型位移力反饋位移反饋信號聯(lián)合仿真方法機械多體模型液壓模型控制模塊Modelica多領(lǐng)域建模自動化系統(tǒng)設(shè)計方案自動化設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計方案123自動化設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計方案傳統(tǒng)的總體室指標分解-專業(yè)科室分系統(tǒng)設(shè)計-試制集成測試的模式難以滿足目前對研制效率的要求缺乏安全可靠的、可定制可擴展的、完全自主的基于模型方法的需求分析，產(chǎn)品設(shè)計，產(chǎn)品開發(fā)，產(chǎn)品驗證，產(chǎn)品生產(chǎn)于一身的信息集成平臺設(shè)計流程中缺乏統(tǒng)一的信息描述及表達方式設(shè)計過程中缺乏模型的統(tǒng)一設(shè)計，耦合集成及一致的接口設(shè)計準則急需需求模型，系統(tǒng)模型(功能模型，架構(gòu)模型，功能模型等)，驗證模型知識