航电系统MBSE设计与验证平台

hirain

概述
        新一代飞机对航电系统的设计提出了更高的要求，系统规模大，互联复杂，设计和集成难度高。航电系统MBSE设计与验证平台为研发人员提供了一套完整的面向系统工程的航电系统设计和验证工具，支持航电系统功能分解和建模实现，提供符合V流程的ICD、DD、POP迭代设计和验证环境，提供仿真模型实时运行和解算的平台，提供航电系统常用接口，支持真件参与的半实物验证。

解决方案
        按照MBSE的方法论，采用模型对电子系统的顶层设计进行描述，可以使设计开发的成果在不同阶段得到高度复用，实现各阶段的平滑过渡：
• 保证设计的一致性，避免重复性的劳动，提高工作效率
• 帮助工程师摆脱代码编写和底层调试等繁杂琐碎的工作，集中精力关注于系统设计
• 在设计过程中持续对设计进行验证，保证设计的正确和可靠

1. 总体方案
        航电系统MBSE设计和验证的总体流程如下图所示：



        航电系统MBSE设计与验证的工作流程，可大体分为三个阶段：需求及功能分析设计与验证阶段、功能分解及逻辑架构设计与验证阶段、分系统接口及功能设计与验证阶段。在每个设计验证阶段，基于V模式的设计确认与验证贯穿始终。

    ♦ 需求及功能分析设计与验证阶段
        在需求及功能分析设计与验证阶段，设计人员主要对航电系统进行需求分析，经过用例分析和场景分析，得到系统的主要功能和行为，这个分析过程可以通过数据仿真配合进行验证，保证对系统行为分析的准确性。

    ♦ 功能分解及逻辑架构设计与验证阶段
        完成系统的需求及功能分析后，以上一个阶段的分析结果为基础，通过功能分配实现在系统架构基础上系统功能的分解，将每一个功能实现分配到系统内部的各个模块中，定义出系统部件的功能要求。
        以系统的逻辑架构为基础，设计系统模块的具体内容，细化系统模型内部逻辑和算法，完成DD设计，配合仿真验证手段，保证设计结果的正确性和一致性。

    ♦ 分系统接口及功能设计与验证阶段
        在完成系统级设计并验证通过的基础上，继续对航电系统模型细化，设计各个电子系统之间的总线类型和总线接口，将系统之间交互的变量分配到各个系统之间的ICD接口上，并且遵循设计与仿真迭代进行的原则，进行仿真验证。
        在完成接口级设计与并验收通过的基础上，支持利用实时仿真手段，将各个仿真模型迁移到主仿真服务器，使用POP运行界面和仿真监控界面，通过高速以太网控制实时仿真的各模型， 通过专用的总线采集监控设备，直接面向真实的物理总线，对总线上传输的数据进行实时采集、解析、显示、存储、回放等操作，从外部数据接口验证设计与需求的符合性。

2. 主要功能
    ♦ 通过条目化的需求管理工具，实现对需求的管理，在设计过程中对需求覆盖程度进行验证
    ♦ 基于模型对航电系统功能和接口进行设计，模型基于系统工程语言SysML搭建，依托于IBM Rational Rhapsody开发平台，设计的结果可方便的进行验证
    ♦ 基于VAPS XT进行 POP的设计和开发
    ♦ 基于ICD Workbench进行ICD接口的设计和开发，并提供总线负载仿真分析和优化
    ♦ 基于信息流仿真工具进行信息流仿真验证
    ♦ 模型可持续迭代设计，支持多人并行协同开发，通过模型合并的方式对多人设计结果进行集成
    ♦ 设计过程中，通过与复杂集成模块化仿真平台IMSS的集成，将DD设计、POP设计、ICD设计进行有机整合，大幅度提高设计开发效率
    ♦ 支持文档自动生成，包括ICD文档、DD模型描述文档等
    ♦ 具备联合仿真验证功能，DD、ICD、POP的设计成果，可通过以太网交互的方式，进行符合ICD数据接口规范的联合仿真验证，对设计结果进行检验
    ♦ 提供研发管理工具，包括流程管理、权限管理、问题管理、 配置管理等

3. 主要特点
        航电系统MBSE设计与验证平台基于Harmony的系统工程方法构建，使用Rhapsody工具作为顶层设计开发的平台。



        基于Harmony系统工程方法，以需求为基本设计输入， 通过黑盒设计和白盒设计，使用用例图、活动图、顺序图等设计方法，实现对系统功能架构的设计和分解，并在设计过程中利用Rhapsody的代码生成技术，在Windows平台上进行数字仿真验证。设计过程中可与ICD设计工具、POP设计工具进行交互，通过数据文件交互的方式，将ICD、DD、POP的设计流程进行整合，保证设计的一致性。
        顶层设计结果除了可对详细设计提供输入之外，还可在系统集成阶段的测试过程中复用，与航电系统集成测试解决方案之间进行无缝集成。集成测试阶段的仿真系统和输入输出系统，可复用顶层设计阶段和仿真模型和数据接口，为系统功能验证提供支持。


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