蔡昀彤

摘 要：為了應(yīng)對(duì)民用航空領(lǐng)域設(shè)計(jì)制造及試驗(yàn)等諸多新挑戰(zhàn)，基于模型的系統(tǒng)工程方法，即MBSE被廣泛地采用。MBSE方法被認(rèn)為是解決復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)態(tài)交聯(lián)的工程問(wèn)題的唯一最有效和最經(jīng)濟(jì)的方法。該文首先介紹了MBSE的產(chǎn)生背景。之后描述了其涵蓋的主要方法與技術(shù)手段，并結(jié)合國(guó)際主民機(jī)制造商即波音和空客的項(xiàng)目為例來(lái)介紹該方法在民用航空領(lǐng)域的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：MBSE 基于模型的系統(tǒng)工程 民用航空

中圖分類(lèi)號(hào)：V57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（c）-0017-02

1 MBSE的背景

仿真技術(shù)在民用飛機(jī)以及飛機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)中已經(jīng)變得非常普及。甚至仿真技術(shù)更是貫穿了整個(gè)飛機(jī)產(chǎn)品研制流程。

近年來(lái)，民用飛機(jī)向“多電”飛機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。其相關(guān)配套技術(shù)也越來(lái)越成熟。這些技術(shù)使飛行變得更安全、更經(jīng)濟(jì)和更舒適。但同時(shí)，以高速太網(wǎng)為基礎(chǔ)的飛機(jī)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)等多電飛機(jī)的眾多新技術(shù)特征，也使得飛機(jī)的研制、試驗(yàn)和驗(yàn)證工作變得非常具有挑戰(zhàn)[4]。

2 MBSE的內(nèi)容

由于民用航空領(lǐng)域產(chǎn)品的復(fù)雜性正加速增加，而交付時(shí)間又更加縮短。在這種矛盾的情況下，基于模型的系統(tǒng)工程即MBSE的方法和流程被開(kāi)始提出和采用。國(guó)際上的MBSE方法論有多種，例如INCOSE的面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)工程方法，IBM公司的邏輯統(tǒng)一流程系統(tǒng)工程方法和ViTech公司的基于模型的系統(tǒng)工程方法等。其本質(zhì)都是通過(guò)一套方法和工具來(lái)提升應(yīng)對(duì)產(chǎn)品復(fù)雜度的能力[3]。

該方法提倡的一些技術(shù)，如實(shí)時(shí)仿真，硬件在環(huán)，飛行員在環(huán)仿真以及實(shí)時(shí)開(kāi)環(huán)測(cè)試已經(jīng)成為大勢(shì)所趨，這些技術(shù)或方法幫助應(yīng)對(duì)試驗(yàn)任務(wù)越來(lái)越復(fù)雜的挑戰(zhàn)。

同時(shí)，采用MBSE方法意味著需要一套工具鏈來(lái)將概念產(chǎn)品更快地推向現(xiàn)實(shí)，這些工具應(yīng)能具備自動(dòng)代碼生成、先進(jìn)的驗(yàn)證和試驗(yàn)例如硬件在環(huán)等技術(shù)[1]。

3 國(guó)際民機(jī)制造商的例子

波音公司在777飛機(jī)的早期試驗(yàn)階段，采用基于模型的系統(tǒng)工程方法，大大縮短了研發(fā)航電系統(tǒng)的時(shí)間。可靠性分析也在整個(gè)流程中被大大提前了[2]。

空客公司在其A350項(xiàng)目中，采用了66個(gè)模型仿真項(xiàng)目用來(lái)同設(shè)備供應(yīng)商和客戶(hù)進(jìn)行溝通，以傳遞需求確定設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)階段，空客公司利用MBSE方法，將某些試驗(yàn)提前進(jìn)行了。例如A350的電源試驗(yàn)。早在其鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的硬件試驗(yàn)的2年前的設(shè)計(jì)階段，空客公司就通過(guò)虛擬試驗(yàn)的方式進(jìn)行了電源試驗(yàn)，提前排查了可能的風(fēng)險(xiǎn)，降低了成本。如圖1所示就是空客公司A350項(xiàng)目的從設(shè)計(jì)到驗(yàn)證的完整研發(fā)流程中采用的MBSE架構(gòu)[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

民用航空業(yè)正經(jīng)歷著機(jī)載系統(tǒng)高度復(fù)雜化的發(fā)展歷程。但由于資金和商業(yè)方面的考慮，所有的研發(fā)項(xiàng)目都有有限的資源和預(yù)算，這就限制了成本和計(jì)劃。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)正在驅(qū)動(dòng)著的對(duì)安全和性能的持續(xù)需求。是否能成功地實(shí)施基于模型的系統(tǒng)工程將很大程度上取決于該方法論能否滿(mǎn)足對(duì)生產(chǎn)力提升的需求[6]。

參考文獻(xiàn)

[1] Allen， J. L.An overview of Model-Based Development Verification/Validation Processes and Technologies in the Aerospace Industry AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference： American Institute of Aeronautics and Astronautics[Z].2016.

[2] Fortney，G.Model Based System Engineering Using Validated Executable Specifications AS AN Enabler for Cost And Risk Reduction[EB/OL].http：//ww2.esd.org/GVSETS/PDF/SE/SE_0835_FortneyGeorgePresentation_08042014_1657.pdf.

[3] SC James，C Savaglio.The Expanded Reach of Simulation Based Aircraft System Verification and its Software Capability Requirements[J].AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference： American Institute of Aeronautics and Astronautics，2013：328（7439）：221-236.

[4] Rosero，J.A.，Ortega，J.A.，Aldabas，E.，et al. Moving towards a more electric aircraft. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine，2007，22（3）：3-9.

[5] Siemens.Airbus Using model-based systems engineering to develop the next-generation A350 XWB[Z].2014.

[6] W Torres-Pomales.Is Model-Based Development a Favorable Approach for Complex and Safety-Critical Computer Systems on Commercial Aircraft？.Virginia： NASA[Z].2014.endprint