基于多视角的民机正向设计建模方法

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27536

固体力学与飞行器总体设计

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基于多视角的民机正向设计建模方法

毕文豪¹(), 范秋岑¹, 李德林², 张安¹

^1.西北工业大学航空学院，西安 710072
^2.中国航空研究院，北京 100029

收稿日期:2022-05-27 修回日期:2022-07-04 接受日期:2022-08-17 出版日期:2023-05-25 发布日期:2022-08-31
通讯作者: 毕文豪 E-mail:biwenhao@nwpu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(61903305);工信部民用飞机专项科研(MJ-2016-F-02);中央高校基本科研业务费专项资金(HXGJXM202214)

Modeling approach for forward design of civil aircraft based on multiple perspectives

Wenhao BI¹(), Qiucen FAN¹, Delin LI², An ZHANG¹

^1.School of Aeronautics，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China
^2.Chinese Aeronautical Establishment，Beijing 100029，China

Received:2022-05-27 Revised:2022-07-04 Accepted:2022-08-17 Online:2023-05-25 Published:2022-08-31
Contact: Wenhao BI E-mail:biwenhao@nwpu.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(61903305);Special Scientific Research Project for Civil Aircraft of the Ministry of Industry and Information Technology(MJ-2016-F-02);Fundamental Research Funds for the Central Universities(HXGJXM202214)

摘要/Abstract

摘要：

针对民机正向设计中存在的建模对象复杂耦合程度高、建模理论支撑不足、利益相关方需求缺乏模型描述等问题，提出了基于多视角的民机正向设计建模方法。首先，通过分析民机正向设计流程和基于模型的系统工程（MBSE）方法论，明确民机正向设计自顶向下的映射和关联关系；然后，引入多视角对民机设计流程进行多方位解耦与描述，分析各视角下的建模元素及其逻辑关系，将设计领域知识流与各视角下建模流程相结合，通过建模语言SysML对多个视角下的民机正向设计模型进行抽象建模描述；最后，通过舱压控制系统建模实例验证了本方法能够有效契合民用飞机系统的设计。

关键词: 基于模型的系统工程（MBSE）, 多视角, 正向设计, 民用飞机, 舱压控制系统

Abstract:

To address the problems of increasing complexity in coupling of modeling objects， insufficient modeling theory support， and lack of model description of stakeholder requirements in the system-of-systems oriented design of civil aircraft systems， we propose a multi-perspective-based modeling approach for civil aircraft forward design. First， the top-down mapping and correlation of civil aircraft forward design are clarified by analyzing the civil aircraft forward design process and Model-Based Systems Engineering （MBSE） methodology. Then， we introduce multiple perspectives to decouple and describe the civil aircraft design process， analyze the modeling elements and their logical relationships from each perspective， combine the design domain knowledge flow with the modeling process from each perspective， and describe abstractly the civil aircraft design model from multiple perspectives through the modeling language SysML. Finally， a modeling example of the cabin pressure control system is utilized to verify the effectiveness of this method for the design of civil aircraft systems.

Key words: Model-Based Systems Engineering(MBSE), multiple perspectives, forward design, civil aircraft, cabin pressure system

中图分类号:

毕文豪, 范秋岑, 李德林, 张安. 基于多视角的民机正向设计建模方法[J]. 航空学报, 2023, 44(10): 227536-227536.

Wenhao BI, Qiucen FAN, Delin LI, An ZHANG. Modeling approach for forward design of civil aircraft based on multiple perspectives[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(10): 227536-227536.

图/表 19

表 1

MBSE方法论对比

MBSE方法论	方法论架构特点	语言
IBM Rational Telelogic Harmony-SE	Harmony-SE是近十年较为成熟的MBSE方法论，包括需求分析、系统功能分析和系统设计综合等3个阶段。方法论通过凝练的语言对各阶段提供了相对严格的开发指导	SysML
Arcadia	Arcadia方法论中，系统建模被分解为运行分析、系统分析、逻辑分析、物理分析和终端产品结构分解等5个阶段，其使用的DSML（Domain Specific Modeling Language）是对SysML（Systems Modeling Language）的扩展和定制，能够更好地适应Arcadia方法论面向的航天、轨道交通和航天等领域内的设计	DSML
MagicGrid	MagicGrid方法论提供了一种可视化的、层次结构分明的MBSE方法论流程，能够实现从抽象概念（黑盒）、问题描述（灰盒）、解决方案（白盒）3个层次的层次化分析，并基于需求驱动，从行为、结构、参数等3个视角开展系统设计	SysML
OOSEM	OOSEM将系统开发活动嵌入在系统的层次化结构中，在工程设计人员进行场景分析、功能分析等一系列工程活动时，以递归迭代的形式确保各系统视图的一致性	SysML
Vitech MBSE Methodology	需求分析、系统设计等不同阶段的工程设计人员都基于系统定义语言（System Define Language，SDL）进行技术沟通和数据交流，这种结构化的建模语言可以生成图表供数据一致性检查	SDL
RUP-SE	RUP-SE方法论的核心是架构设计，以风险和用例为驱动，采用迭代式的开发方法进行开展	UML
SA	SA方法论架构以目标为最终设计导向，以时间层面的状态变量为约束，对工程设计人员的知识储备要求较高，难以进行推广使用	SQL
Dori OPM	对象过程方法OPM结合了对象过程图（Object-Process Diagram， OPD）和对象过程语言（Object-Process Language， OPL）来实现在单个集成模型中系统功能、结构和行为的可视化或模型语言化	OPD/OPL

表 1

图 1

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图4

图5

图 6

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图 8

图9

图 10

图 11

图 12

图 13

图 14

图 15

图 16

表2

表3

参考文献 45

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大气压力传感器	作动筒、伺服控制作动器、齿轮箱等	正压释压活门、负压活门、座舱警告系统	警告灯、蜂鸣器

飞行环境检测系统	飞行管理系统	飞机作动系统	座舱显示控制系统
舱内压力传感器	数字控制器等	作动筒	失压警告灯、蜂鸣器
大气压力传感器		伺服控制作动器	显示界面
飞行状态各传感器等		齿轮箱等	人工操作界面等

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Modeling approach for forward design of civil aircraft based on multiple perspectives

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