裴照宇，康焱,*，馬繼楠，趙晨，馬曉珊

1. 中國國家航天局 探月與航天工程中心，北京 100190

2. 深空探測實(shí)驗(yàn)室，北京 100190

3. 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094

4. 中國航天科技集團(tuán)有限公司第八研究院，上海 201108

5. 中國科學(xué)院 國家空間科學(xué)中心，北京 100190

月球作為地球唯一的天然衛(wèi)星，因其獨(dú)一無二的位置資源、極具特點(diǎn)的環(huán)境資源、豐富的物質(zhì)資源，是人類進(jìn)行空間探測和開發(fā)利用太空的首選目標(biāo)。月球科學(xué)研究對(duì)推動(dòng)空間科學(xué)發(fā)展具有重要作用。月球資源開發(fā)利用對(duì)人類的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1]。

近年來，中國月球探測取得了舉世矚目的成就，嫦娥一號(hào)、嫦娥二號(hào)、嫦娥三號(hào)、再入返回飛行試驗(yàn)、嫦娥四號(hào)、嫦娥五號(hào)“六戰(zhàn)六捷”，圓滿實(shí)現(xiàn)“繞、落、回”三步走戰(zhàn)略目標(biāo)，初步具備從跟跑向并跑、領(lǐng)跑轉(zhuǎn)變的能力。從2016年起，中國在與國外航天機(jī)構(gòu)會(huì)談時(shí)即開始宣介月球科研站，倡議共建國際月球科研站(International Lunar Research Station，ILRS)。ILRS是指由多國參與，按照“共商共建共享”的原則，在月面建設(shè)和運(yùn)營的科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)施，支持開展長期、較大規(guī)模的月球軌道與月面探測、天文與對(duì)地觀測、基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)、資源開發(fā)利用和技術(shù)驗(yàn)證等[1]。

當(dāng)前，ILRS已成為中國首批國際大科學(xué)工程培育項(xiàng)目。2021年3月，中俄兩國政府簽署了《關(guān)于合作建設(shè)國際月球科研站的諒解備忘錄》[2]，啟動(dòng)國際月球科研站的合作；4月，中俄雙方發(fā)布《中國國家航天局和俄羅斯國家航天集團(tuán)公司關(guān)于合作建設(shè)國際月球科研站的聯(lián)合聲明》，發(fā)布ILRS合作伙伴指南。中俄將與國際其他伙伴聯(lián)合開展科學(xué)目標(biāo)研究、工程可行性論證和聯(lián)合方案設(shè)計(jì)，提出組織管理模式和運(yùn)行機(jī)制等，共商共建共享ILRS[1]。

ILRS作為建設(shè)在月面的支持長期、可持續(xù)的月球探測和月球資源開發(fā)利用的基礎(chǔ)設(shè)施和共享平臺(tái)，較之單次探測方式，技術(shù)難度更大、任務(wù)周期更長，科學(xué)與工程迭代和耦合度更高。以外太空領(lǐng)域國際規(guī)則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，探索完整、先進(jìn)的大型國際空間探測復(fù)雜系統(tǒng)工程的協(xié)同論證技術(shù)體系，定義模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)展的ILRS實(shí)施方案，是將ILRS打造成國際先進(jìn)、技術(shù)可行、分工合理的國際大科學(xué)工程的關(guān)鍵，面臨如下挑戰(zhàn)：

1) ILRS任務(wù)以月球科學(xué)探測與資源開發(fā)利用為牽引，兼顧月球地質(zhì)探測、空間物理與環(huán)境探測、資源原位利用等多方面科學(xué)和工程目標(biāo)，任務(wù)持續(xù)性、平臺(tái)擴(kuò)展性要求高，具有“多目標(biāo)”特點(diǎn)，需通過構(gòu)建模型驅(qū)動(dòng)的協(xié)同論證方法，強(qiáng)化ILRS的體系效能，提升工程總體的技術(shù)把控與科學(xué)決策能力。

2) ILRS任務(wù)要求在大動(dòng)態(tài)復(fù)雜月球環(huán)境下開展多項(xiàng)科學(xué)研究和多樣化作業(yè)活動(dòng)，在日地月耦合空間復(fù)雜環(huán)境內(nèi)執(zhí)行月球表面發(fā)射、月球表面運(yùn)輸?shù)葟?fù)雜任務(wù)，涉及到軌道力學(xué)、空間通信、發(fā)射動(dòng)力學(xué)、機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、控制與流熱等多專業(yè)機(jī)理知識(shí)，具有“多學(xué)科”特點(diǎn)，需要通過統(tǒng)一建模實(shí)現(xiàn)交叉領(lǐng)域機(jī)理的描述和全面驗(yàn)證。

3) ILRS任務(wù)涉及多個(gè)國家或組織的任務(wù)目標(biāo)、優(yōu)勢技術(shù)和產(chǎn)品資源的協(xié)同，由運(yùn)載火箭、發(fā)射場、遙測系統(tǒng)、地面應(yīng)用和探測器等5大系統(tǒng)協(xié)同建設(shè)，具有“多主體”特點(diǎn)，協(xié)同方式復(fù)雜、模型接口形式多樣，需構(gòu)建統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和開放、自主的協(xié)同論證環(huán)境，支撐跨國團(tuán)隊(duì)的開放協(xié)同。

4) 面向ILRS全生命周期的任務(wù)要求，要求多專業(yè)團(tuán)隊(duì)協(xié)同開展論證工作，構(gòu)建多層級(jí)復(fù)雜系統(tǒng)的需求、架構(gòu)和仿真模型，大型團(tuán)隊(duì)協(xié)同、全生命周期持續(xù)驗(yàn)證對(duì)模型的表達(dá)、傳遞、應(yīng)用提出了嚴(yán)格要求，需要建立長周期、大規(guī)模系統(tǒng)的模型傳遞與應(yīng)用機(jī)制。

面對(duì)ILRS的上述特點(diǎn)和挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式已經(jīng)難以滿足系統(tǒng)論證研制需求，迫切需要新方法、新手段進(jìn)行研制模式轉(zhuǎn)型?；谀Ｐ偷南到y(tǒng)工程(Model Based System Engineering, MBSE)是解決這一問題的重要手段和方法[3-5]。

美國、歐洲以及國內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)對(duì)MBSE的流程、方法、工具和應(yīng)用等問題進(jìn)行了深入的研究和探索，國際系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)(the International Council on Systems Engineering, INCOSE)在2015年發(fā)布了《系統(tǒng)工程手冊4.0》[6]，將系統(tǒng)工程的技術(shù)流程歸類為14個(gè)流程，目前國際上已經(jīng)形成INCOSE的面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)工程(Object-Oriented Systems Engineering Method， OOSEM)方法[7]、達(dá)索的MagicGrid方法[8]、IBM的HarmonySE方法[9]等通用MBSE方法。面對(duì)復(fù)雜航天任務(wù)MBSE實(shí)踐過程中的多團(tuán)隊(duì)協(xié)同難題，美國國家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration， NASA)、歐洲空間局(The European Space Agency， ESA)等機(jī)構(gòu)結(jié)合前期的工程實(shí)踐，提出在單點(diǎn)工具基礎(chǔ)上，構(gòu)建支持網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同的MBSE一體化集成環(huán)境，以解決各類工具間數(shù)據(jù)交換、上下游協(xié)同等難題。自2017年起，NASA的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)開始打造OpenCAE[10]/OpenMBEE[11]平臺(tái)，通過建設(shè)廣泛的工具接口，打通航天系統(tǒng)研發(fā)過程中的工具鏈，實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)的異步協(xié)同。ESA開展了虛擬航天器項(xiàng)目(Virtual Spacecraft Design，VSD)[12]，建設(shè)統(tǒng)一的系統(tǒng)論證共享數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)多用戶對(duì)系統(tǒng)各類參數(shù)的快速讀寫訪問和權(quán)限控制，以支持多專業(yè)系統(tǒng)論證過程的異步、并行協(xié)同。

通過以上MBSE方法研究與工程實(shí)踐工作，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)積累了MBSE的通用標(biāo)準(zhǔn)、方法、規(guī)范、工具，并在航天領(lǐng)域開展了具體的應(yīng)用實(shí)踐，能夠?yàn)镮LRS的設(shè)計(jì)論證提供系統(tǒng)工程方法基礎(chǔ)。然而，現(xiàn)有的MBSE方法、工具難以有效支撐ILRS的多目標(biāo)、平臺(tái)化、長周期的國際協(xié)同論證、設(shè)計(jì)與運(yùn)營，亟需建設(shè)新一代國際月球科研站協(xié)同論證體系。

本文針對(duì)上述挑戰(zhàn)，提出方法、模型、標(biāo)準(zhǔn)、工具相結(jié)合的國際月球科研站協(xié)同論證體系，以方法為路徑，描述論證過程不同階段過程的建模任務(wù)以及工具需求；以模型為基礎(chǔ)，通過多階段、多層級(jí)系統(tǒng)模型支撐任務(wù)、需求、功能、架構(gòu)等多維度的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證；以工具為支撐，打通設(shè)計(jì)、仿真、需求、管理等工具間接口，支持跨團(tuán)隊(duì)跨平臺(tái)的協(xié)同建模工作；以規(guī)范為指導(dǎo)，形成面向ILRS多團(tuán)隊(duì)、多專業(yè)協(xié)同過程的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，從而保證系統(tǒng)模型接口的規(guī)范性、架構(gòu)的一致性、機(jī)理的準(zhǔn)確性和驗(yàn)證的持續(xù)性，為ILRS建設(shè)提供協(xié)同設(shè)計(jì)、驗(yàn)證與評(píng)估手段和決策依據(jù)，支持ILRS國際團(tuán)隊(duì)的共商共建共享。

本文闡述ILRS數(shù)字化協(xié)同論證方法以及ILRS論證階段活動(dòng)劃分以及各階段中的模型和輸出物要求；提出ILRS系統(tǒng)多領(lǐng)域全息模型體系，論述多層級(jí)、多領(lǐng)域、多階段模型的建模與應(yīng)用方法；介紹ILRS協(xié)同論證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并解釋協(xié)同論證過程中的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)內(nèi)容與作用；論述ILRS協(xié)同論證環(huán)境的工具鏈、接口等技術(shù)框架及其工程應(yīng)用的技術(shù)路線與實(shí)踐情況。

1 ILRS數(shù)字化協(xié)同論證方法

如圖1所示，ILRS的協(xié)同論證可以分為使命任務(wù)定義與需求分析、概念架構(gòu)定義與可行性論證、聯(lián)合實(shí)施方案與綜合評(píng)估等3個(gè)階段6過程，各階段過程之間具有明確的傳遞順序，每個(gè)流程階段對(duì)模型、文件的粒度都有具體要求，每個(gè)流程階段起始、終止時(shí)刻建立評(píng)審節(jié)點(diǎn)，支持流程內(nèi)部或者流程間的反饋迭代?？尚行哉撟C、聯(lián)合方案設(shè)計(jì)2個(gè)階段終止節(jié)點(diǎn)設(shè)置評(píng)審門，根據(jù)評(píng)審結(jié)果能夠返回到使命與任務(wù)定義、任務(wù)需求分析、系統(tǒng)概念研究3個(gè)階段，綜合評(píng)估階段結(jié)束后，根據(jù)評(píng)審結(jié)果，能夠返回到聯(lián)合方案設(shè)計(jì)或者可行性論證階段。

圖2所示的ILRS協(xié)同論證體系以模型為基礎(chǔ)，定義了多專業(yè)國際化聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在不同流程的業(yè)務(wù)活動(dòng)，結(jié)合國際化的標(biāo)準(zhǔn)建模語言構(gòu)建多領(lǐng)域、多層級(jí)統(tǒng)一模型庫，描述系統(tǒng)任務(wù)、需求、功能、架構(gòu)等元素，支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)知識(shí)積累；通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范約束建?；蛘撟C過程的輸入、輸出、邊界、顆粒度和方式，支持滿足多階段間、多工具間、多團(tuán)隊(duì)間的模型傳遞與協(xié)同；通過開放自主的軟件工具開展需求分析、架構(gòu)設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證等業(yè)務(wù)工作，打通工具間的模型接口，實(shí)現(xiàn)并行協(xié)同論證軟件環(huán)境的開發(fā)構(gòu)建，支持國際化大型團(tuán)隊(duì)的協(xié)同論證。

1.1 ILRS使命任務(wù)定義與需求分析

在使命任務(wù)定義與需求分析分析階段，以ILRS系統(tǒng)月球科學(xué)探測和資源開發(fā)利用為主要目標(biāo)，基于統(tǒng)一架構(gòu)、面向工程總體視角，構(gòu)建工程總體層級(jí)的使命任務(wù)視圖、概念視圖、需求視圖，包括戰(zhàn)略使命、任務(wù)設(shè)想、外部環(huán)境、任務(wù)場景和體系能力需求等模型，綜合描述利益攸關(guān)方、系統(tǒng)邊界、運(yùn)行場景、系統(tǒng)功能指標(biāo)等多種內(nèi)外部要素，基于多視圖對(duì)使命、需求、概念進(jìn)行可視化表達(dá)與分析，實(shí)現(xiàn)ILRS使命任務(wù)、系統(tǒng)需求、技術(shù)指標(biāo)以及頂層概念的初始設(shè)計(jì)與交互驗(yàn)證如圖3所示。

1) 構(gòu)建ILRS體系使命任務(wù)視圖。從科學(xué)和工程2個(gè)維度的不同視角，構(gòu)建空間科學(xué)探測、月球資源開發(fā)利用、技術(shù)試驗(yàn)、系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)等4類使命任務(wù)模型，初步定義建設(shè)位置、連續(xù)運(yùn)行時(shí)間、壽命、總有效載荷以及總經(jīng)費(fèi)預(yù)算等相關(guān)參數(shù)或頂層約束，支持ILRS任務(wù)體系的使命分析、需求定義和初始概念設(shè)計(jì)。

2) 構(gòu)建ILRS體系需求視圖。從使命任務(wù)視圖識(shí)別出的利益攸關(guān)方出發(fā)，首先將使命任務(wù)分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為利益相關(guān)方要求，根據(jù)需求建模和條目化描述規(guī)范，結(jié)合需求模型與使命任務(wù)視圖之間的迭代與追溯關(guān)系，將利益相關(guān)方需求轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)需求，完整地描述任務(wù)過程、運(yùn)載能力、月球表面采集和探測能力、運(yùn)輸能力等技術(shù)指標(biāo)要求，開展需求覆蓋完整性與追溯性分析。

3) 構(gòu)建ILRS體系概念視圖。定義能源供給與存儲(chǔ)、通信與導(dǎo)航、地月往返轉(zhuǎn)移、科學(xué)探測、資源開發(fā)與利用等功能區(qū)的初步參數(shù)或技術(shù)指標(biāo)，以及任務(wù)執(zhí)行過程中系統(tǒng)與外部環(huán)境之間的能源、信息、物流交互接口，描述ILRS系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行能力、狀態(tài)變化以及行為邏輯，支持任務(wù)邏輯仿真并初步分析ILRS概念架構(gòu)與使命、需求之間的覆蓋性與滿足性。

4) 通過資源視圖表達(dá)已有技術(shù)基礎(chǔ)、成本預(yù)算、時(shí)間周期等項(xiàng)目基礎(chǔ)資源或約束條件，描述使命任務(wù)、概念、需求模型之間的能力支持、能力需求、任務(wù)實(shí)現(xiàn)、任務(wù)滿足等關(guān)系，并通過公式計(jì)算或邏輯仿真的形式進(jìn)行約束檢查，確認(rèn)使命任務(wù)分析、需求定義的合理性和可實(shí)現(xiàn)性。

圖2 ILRS數(shù)字化協(xié)同論證體系架構(gòu)

圖3 ILRS任務(wù)使命定義與需求分析流程

Fig.3 ILRS mission definition and demand analysisprocess

1.2 ILRS概念架構(gòu)定義與可行性論證

在概念架構(gòu)定義與可行性論證階段，以工程總體技術(shù)指標(biāo)、系統(tǒng)與各模塊需求為輸入，以ILRS系統(tǒng)初始概念設(shè)計(jì)為目標(biāo)，將ILRS總體架構(gòu)分解為各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，通過規(guī)范的需求、接口、參數(shù)、行為、約束建模過程，由各專業(yè)團(tuán)隊(duì)并行開展概念架構(gòu)設(shè)計(jì)工作，并行定義探測器群集、測控通信系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、地面應(yīng)用系統(tǒng)等技術(shù)方案，集成為ILRS系統(tǒng)整體模型，從成本、可行性、可靠性、安全性等維度開展可行性分析與驗(yàn)證，形成ILRS概念架構(gòu)方案。各層級(jí)、專業(yè)團(tuán)隊(duì)的并行關(guān)系如圖4所示。

1) 擴(kuò)展ILRS體系概念架構(gòu)視圖。建設(shè)可擴(kuò)展、可重構(gòu)、可伸縮的設(shè)計(jì)仿真模型框架，工程總體架構(gòu)模型按照系統(tǒng)架構(gòu)、任務(wù)場景、研制階段可以繼續(xù)拆分為大量可復(fù)用的業(yè)務(wù)模型，包括：科學(xué)探測、月面通信、月地輸運(yùn)等任務(wù)模型，探測器群集、測控通信系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、地面應(yīng)用系統(tǒng)等系統(tǒng)模型，光照、軌道、地形、溫度等環(huán)境模型。基于統(tǒng)一模型框架，構(gòu)建體系架構(gòu)模型接口與多粒度系統(tǒng)架構(gòu)接口的映射關(guān)系，將建模任務(wù)分配到探測器群集、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)、測控系統(tǒng)和地面應(yīng)用系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)各層級(jí)模型的快速替換與復(fù)用，在系統(tǒng)論證的不同節(jié)點(diǎn)，基于不同系統(tǒng)或設(shè)備選型方式可以生成多組探測任務(wù)方案模型，以支持后續(xù)的可行性論證、方案權(quán)衡等工作。

圖4 ILRS概念架構(gòu)定義并行流程

2) 構(gòu)建接口模型譜系。建設(shè)基于統(tǒng)一架構(gòu)模型的可配置接口體系，構(gòu)建多類型、多層級(jí)、多粒度的架構(gòu)接口模型，支持體系架構(gòu)模型的參數(shù)化配置。定義ILRS各系統(tǒng)或功能區(qū)(模塊)之間的信息、能量、物質(zhì)等幾大類接口類型，包含類型、單位、長度變量等信息，以及輸入、輸出、輸入輸出、連接等不同的接口方式，實(shí)現(xiàn)基于類型的接口模型聲明和復(fù)用。與ILRS協(xié)同論證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相結(jié)合，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的結(jié)構(gòu)、電氣、信息等接口模型譜系，滿足ILRS各層級(jí)模型傳遞、擴(kuò)展、重構(gòu)、復(fù)用等要求，支持更加全面的系統(tǒng)分析與評(píng)估。

3) 構(gòu)建分系統(tǒng)架構(gòu)視圖。構(gòu)建設(shè)計(jì)、仿真等多種任務(wù)階段公用的概念抽象模型，描述關(guān)鍵參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)、輸入輸出接口、系統(tǒng)行為等各種模型共用的系統(tǒng)要素，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述ILRS任務(wù)的需求、功能、架構(gòu)、接口，實(shí)現(xiàn)底層參數(shù)的一致性，支持ILRS系統(tǒng)架構(gòu)模型向各功能區(qū)或分系統(tǒng)模型的并行擴(kuò)展。在抽象模型基礎(chǔ)上，可以增加探測器群集、測控通信系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、地面應(yīng)用系統(tǒng)等系統(tǒng)或功能區(qū)的外廓、載荷、重心等結(jié)構(gòu)信息，擴(kuò)展其架構(gòu)信息，形成架構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真建模，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)國際聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的并行設(shè)計(jì)與論證。

4) 構(gòu)建可行性論證視圖。工程總體根據(jù)ILRS概念架構(gòu)的需求、參數(shù)和接口模型，將技術(shù)指標(biāo)要求分配到各分系統(tǒng)，各分系統(tǒng)并行開展設(shè)計(jì)、分析與論證，完成分系統(tǒng)功能效能分析與評(píng)價(jià)，驗(yàn)證各個(gè)分系統(tǒng)的可行性，并將設(shè)計(jì)論證結(jié)果返回到系統(tǒng)和工程總體?；诟鱾€(gè)分系統(tǒng)之間的能量、信息等接口關(guān)系，集成構(gòu)建多領(lǐng)域統(tǒng)一的工程總體和系統(tǒng)分析模型，結(jié)合多領(lǐng)域集成仿真，描述各分系統(tǒng)之間的相互作用機(jī)理以及資源分配與任務(wù)協(xié)同機(jī)制，針對(duì)功能、成本、風(fēng)險(xiǎn)、可靠性、安全性等多種量化指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)成本、風(fēng)險(xiǎn)、可靠性等可行性評(píng)估工作。

1.3 ILRS聯(lián)合方案設(shè)計(jì)與綜合評(píng)估

在聯(lián)合方案設(shè)計(jì)與綜合評(píng)估階段，以ILRS架構(gòu)方案設(shè)計(jì)為目標(biāo)，首先開展工程總體概念設(shè)計(jì)，并行論證探測器、運(yùn)載火箭、地面應(yīng)用系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、月面系統(tǒng)等詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合已經(jīng)建成的技術(shù)和平臺(tái)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)ILRS的發(fā)射以及階段性運(yùn)行方案，構(gòu)建多階段ILRS任務(wù)與系統(tǒng)模型，開展多任務(wù)、多層級(jí)的總體可行性論證，最終輸出可行性方案，如圖5所示。

圖5 ILRS聯(lián)合方案設(shè)計(jì)與綜合評(píng)估流程

1) 構(gòu)建ILRS實(shí)施方案視圖。面向科學(xué)與工程目標(biāo)，基于ILRS概念架構(gòu)方案，建立ILRS系統(tǒng)建設(shè)的多階段發(fā)射和運(yùn)行模型，探測器群集、測控通信系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、地面應(yīng)用系統(tǒng)等系統(tǒng)分別開展方案設(shè)計(jì)工作，各分系統(tǒng)與模塊團(tuán)隊(duì)并行開展建設(shè)、運(yùn)行方案設(shè)計(jì)，并由工程總體進(jìn)行模型集成，支持實(shí)施方案的論證與評(píng)估。

2) 開展多方案分析權(quán)衡。根據(jù)工程總體使命任務(wù)、需求定義以及各系統(tǒng)功能要求，構(gòu)建全任務(wù)場景的測試案例與評(píng)估方法，描述月面起飛與著陸、地月往返轉(zhuǎn)移、科學(xué)探測、ILRS中轉(zhuǎn)等過程的目標(biāo)、環(huán)境、過程、指令、參數(shù)以及對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)情況，定義工程總體功能效能的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)與方法，基于系統(tǒng)總體的功能邏輯模型、多領(lǐng)域仿真模型，通過仿真結(jié)果與技術(shù)指標(biāo)的相互驗(yàn)證，開展多方案驗(yàn)證評(píng)估與權(quán)衡。

3) 確定分系統(tǒng)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)與方法，以總體和系統(tǒng)架構(gòu)確定系統(tǒng)上下文和功能要求為輸入，定義探測器系統(tǒng)的目標(biāo)位置、軌道參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、通信接口協(xié)議、帶寬等指標(biāo)，描述系統(tǒng)驗(yàn)證指標(biāo)與工程總體指標(biāo)之間的關(guān)系，基于分系統(tǒng)的多領(lǐng)域模型、專業(yè)詳細(xì)模型進(jìn)行虛擬仿真驗(yàn)證，開展各分系統(tǒng)或模塊的方案驗(yàn)證與評(píng)估。

4) 面向使命任務(wù)和系統(tǒng)需求和技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)ILRS架構(gòu)方案與實(shí)施方案，編制項(xiàng)目任務(wù)的工作分解結(jié)構(gòu)(Work Breakdown Structure， WBS)，定義詳細(xì)設(shè)計(jì)、制造實(shí)現(xiàn)、測試驗(yàn)證、任務(wù)發(fā)射、運(yùn)行維護(hù)、科學(xué)探測等技術(shù)活動(dòng)，識(shí)別能源長期供給、探測器全自主運(yùn)行、大型設(shè)施的月面布設(shè)與組裝、大沖量沖擊著陸緩沖、月基引導(dǎo)精準(zhǔn)著陸等關(guān)鍵技術(shù)，并制定保障計(jì)劃，為任務(wù)實(shí)施、技術(shù)狀態(tài)等管理活動(dòng)提供基線。

2 ILRS系統(tǒng)多領(lǐng)域全息模型體系

ILRS論證方案的描述、驗(yàn)證、評(píng)估需要以多領(lǐng)域模型為基礎(chǔ)，各層級(jí)、各團(tuán)隊(duì)之間的數(shù)據(jù)傳遞也是以模塊化模型為載體，需要覆蓋階段、層級(jí)、專業(yè)3個(gè)維度。階段維度主要是指ILRS系統(tǒng)論證的階段過程，根據(jù)論證過程實(shí)現(xiàn)模型流轉(zhuǎn)、傳遞與迭代；層級(jí)維度是指系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)層級(jí)，任務(wù)、系統(tǒng)、模塊、組件間的需求、指標(biāo)逐級(jí)分解，設(shè)計(jì)與仿真模型自底向上集成，具有復(fù)雜系統(tǒng)的涌現(xiàn)特性，滿足設(shè)計(jì)過程的可追溯性、完整性和正確性；專業(yè)層級(jí)則指ILRS任務(wù)運(yùn)行過程中能源、通信、測控、熱控等多領(lǐng)域的協(xié)同特性。

本論文面向ILRS的研制流程、組成架構(gòu)與技術(shù)特點(diǎn)，參照霍爾三維系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)[13-14]，定義覆蓋環(huán)境、指標(biāo)、架構(gòu)、接口、功能、機(jī)理相融合的統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，開發(fā)如圖6所示的多層次、多專業(yè)、多階段的多領(lǐng)域全息模型體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)ILRS系統(tǒng)多階段、多任務(wù)、多層級(jí)協(xié)同論證過程提供完整的數(shù)字模型支持，保證跨專業(yè)、跨團(tuán)隊(duì)協(xié)同論證過程的數(shù)據(jù)模型一致性和互操作性。

圖6 基于霍爾三維結(jié)構(gòu)的ILRS全息模型體系

2.1 ILRS多層級(jí)模型結(jié)構(gòu)

建設(shè)科學(xué)與工程任務(wù)、運(yùn)行環(huán)境、航天器系統(tǒng)、分系統(tǒng)與單機(jī)模塊等多層次的統(tǒng)一模型架構(gòu)，覆蓋任務(wù)、系統(tǒng)、模塊和通用組件等多個(gè)模型層級(jí)，同時(shí)要兼顧環(huán)境類模型，支持科學(xué)目標(biāo)、工程目標(biāo)、系統(tǒng)運(yùn)行效能、分系統(tǒng)功能性能等不同流程階段、不同層次的設(shè)計(jì)與分析工作，各流程階段所需建設(shè)的模型內(nèi)容如圖7所示。

圖7 面向研制流程的模型結(jié)構(gòu)

在任務(wù)層級(jí)，建立載荷發(fā)射、軌道飛行、著陸位置選取、科學(xué)探測、運(yùn)行維護(hù)等任務(wù)模型，定義任務(wù)執(zhí)行參數(shù)與剖面，針對(duì)性的開展分析與驗(yàn)證。建立日照、軌道、導(dǎo)航、溫度、地形等環(huán)境參數(shù)模型，用于描述任務(wù)執(zhí)行過程中由于空間位置、環(huán)境變化導(dǎo)致的模型參數(shù)變化。在系統(tǒng)層級(jí)，建立運(yùn)載火箭、探測器、有效載荷等系統(tǒng)模型，用于描述火箭和探測器的推進(jìn)、軌道控制、姿態(tài)保持等功能以及各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和接口，支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。在模塊層級(jí)建立敏感器、控制器、執(zhí)行器、通信模組等功能模塊模型，支持各專業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)的復(fù)用。在通用組件層級(jí)，建立多領(lǐng)域接口模型、邏輯運(yùn)算與數(shù)學(xué)模型、控制和電氣等元件模型等基礎(chǔ)組件模型，為各層級(jí)建模提供更豐富的補(bǔ)充。

多層級(jí)ILRS模型體系滿足建模標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，通過可復(fù)用的接口組件進(jìn)行連接，與全局統(tǒng)一的模型架構(gòu)相匹配，支持多任務(wù)并行的模型傳遞、集成、擴(kuò)展與持續(xù)驗(yàn)證要求。

2.2 ILRS多領(lǐng)域統(tǒng)一模型

本論文面向月球表面科學(xué)探測、資源采集、技術(shù)試驗(yàn)等科學(xué)目標(biāo)，面向指揮中樞、通信、能源供給等多個(gè)功能模塊，覆蓋通信、能源、測控、導(dǎo)航、熱控等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，建設(shè)包括結(jié)構(gòu)、參數(shù)、行為、接口在內(nèi)的完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真模型，如圖8所示。

圖8 ILRS系統(tǒng)多領(lǐng)域統(tǒng)一模型

ILRS系統(tǒng)各層級(jí)的模型庫，具有高度的模塊化特點(diǎn)，可以通過理論分析、同類模型對(duì)比、試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證、相近系統(tǒng)實(shí)測數(shù)據(jù)標(biāo)定等形式開展模型驗(yàn)證，提高仿真結(jié)果的可靠性。進(jìn)一步建設(shè)運(yùn)載火箭、探測器、有效載荷、軌道環(huán)境等多系統(tǒng)異構(gòu)集成的任務(wù)級(jí)模型，針對(duì)星箭分離等具體應(yīng)用場景的多種任務(wù)執(zhí)行情況和調(diào)整方案，面向軌道動(dòng)力學(xué)、空間通信等專業(yè)，基于設(shè)計(jì)模型和仿真數(shù)據(jù)開展較為詳細(xì)的分析，從而支持不同載荷條件下對(duì)載荷發(fā)射能力、環(huán)月軌道載荷到達(dá)能力等技術(shù)指標(biāo)的驗(yàn)證與評(píng)估。

2.3 ILRS數(shù)據(jù)模型傳遞與協(xié)同

科學(xué)、工程各團(tuán)隊(duì)開展協(xié)同論證工作時(shí)，需要頻繁進(jìn)行數(shù)據(jù)模型的傳遞、同步與集成應(yīng)用，如前文所述，多層次、多領(lǐng)域模型之間可以通過統(tǒng)一的模型架構(gòu)和規(guī)范的模型接口實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)、重構(gòu)。與之同理，進(jìn)一步建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型協(xié)同總線，基于架構(gòu)模型構(gòu)建系統(tǒng)基線，基于接口模型實(shí)現(xiàn)多層級(jí)多領(lǐng)域模型的關(guān)聯(lián)與集成，從而支持ILRS協(xié)同論證，如圖9所示。結(jié)合模型格式轉(zhuǎn)換工具，能夠支持包含數(shù)據(jù)文件在內(nèi)的更加廣泛的集散式數(shù)據(jù)應(yīng)用與管理，支持跨平臺(tái)工具的協(xié)同，保證數(shù)據(jù)應(yīng)用的規(guī)范性和一致性，支持工程總體、科學(xué)總體、國際團(tuán)隊(duì)、系統(tǒng)工程師、專業(yè)分析等多角色跨團(tuán)隊(duì)并行協(xié)同。

圖9 ILRS模型數(shù)據(jù)的協(xié)同方式

3 ILRS協(xié)同論證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

本論文面向協(xié)同論證活動(dòng)通用流程，制定如表1所示的ILRS協(xié)同論證技術(shù)體系的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，約定系統(tǒng)之間、專業(yè)之間、團(tuán)隊(duì)之間的活動(dòng)、模型、文件和數(shù)據(jù)接口，打通系統(tǒng)大總體與探測器、運(yùn)載火箭、科學(xué)研究、測控系統(tǒng)等多分系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu)與技術(shù)接口。國際化團(tuán)隊(duì)之間遵從標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與接口要求，能夠?qū)崿F(xiàn)不同工具、不同建模習(xí)慣背景下的模型傳遞、交換與集成，同時(shí)還能夠保證相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，保證國際團(tuán)隊(duì)合作的高效協(xié)同與互信。

1) 基于模型的深空探測任務(wù)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系框架，形成層次清晰、結(jié)構(gòu)合理的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范頂層架構(gòu)。

2) 面向協(xié)同流程的通用模型標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，形成ILRS多領(lǐng)域多層級(jí)建模的基本術(shù)語、語言規(guī)范、代碼編寫、驗(yàn)證、確認(rèn)與保證(Verification, Validation, and Authentication)等基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

3) 面向協(xié)同流程的通用工具標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，形成ILRS多專業(yè)多平臺(tái)工具的功能、語言、通信和應(yīng)用程序接口(Application Programming Interface, API)、文件格式等通用要求。

4) 面向ILRS任務(wù)論證的過程活動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，形成滿足ILRS不同論證階段活動(dòng)的特定應(yīng)用的技術(shù)和管理規(guī)范。

基于表1所述的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，通過多維度、面向流程的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，通過對(duì)建模工具、建模語言、建模方法、模型形式的要求，保證建模過程的可控性；通過對(duì)模型驗(yàn)證、技術(shù)方案驗(yàn)證的規(guī)范要求，保證模型的正確性、可信性以及ILRS設(shè)計(jì)方案的合理性、可靠性以及可行性驗(yàn)證的充分性。

表1 協(xié)同設(shè)計(jì)論證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

4 ILRS協(xié)同論證環(huán)境

ILRS等復(fù)雜工程系統(tǒng)論證過程需要描述日地月耦合空間環(huán)境、月面發(fā)射、探測、通信、運(yùn)輸?shù)葟?fù)雜任務(wù)場景和多層次、多領(lǐng)域系統(tǒng)機(jī)理，要求建設(shè)如圖10所示的滿足ILRS任務(wù)整體復(fù)雜性要求的完整工具鏈，同時(shí)面對(duì)多團(tuán)隊(duì)的協(xié)同，需要建設(shè)網(wǎng)絡(luò)化并行協(xié)同管理工具，實(shí)現(xiàn)不同角色、不同工具之間的模型數(shù)據(jù)共享，滿足數(shù)據(jù)快速更新、共享、集成應(yīng)用的需要，從而支持科學(xué)團(tuán)隊(duì)、工程團(tuán)隊(duì)開展并行論證工作。

圖10 ILRS協(xié)同設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具體系

本論文構(gòu)建通用軟件平臺(tái)促進(jìn)科研創(chuàng)新、任務(wù)開展、知識(shí)積累，通過軟件工具的標(biāo)準(zhǔn)性保證組織間高效高質(zhì)量協(xié)作、通過開放性保證國際團(tuán)隊(duì)協(xié)同的擴(kuò)展性、通過自主性保證技術(shù)安全。建設(shè)設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證、協(xié)同、管理相集成的復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)論證工具體系，滿足國際月球空間站等復(fù)雜系統(tǒng)的協(xié)同論證與技術(shù)管理需求。

1) 在工程總體層面，建設(shè)使命任務(wù)分析、需求分析、架構(gòu)設(shè)計(jì)、任務(wù)仿真評(píng)估、方案權(quán)衡等工具軟件，開展多種科學(xué)探測任務(wù)、資源采集返回任務(wù)的建模描述與評(píng)估，實(shí)現(xiàn)技術(shù)指標(biāo)定義、系統(tǒng)需求分解與分配、實(shí)施路線的定義與優(yōu)化等。

2) 在系統(tǒng)總體層面，部署系統(tǒng)架構(gòu)分析、需求管理、系統(tǒng)仿真驗(yàn)證等軟件，開展探測器、運(yùn)載火箭、發(fā)射場系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、地面應(yīng)用等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論證工作。

3) 在專業(yè)技術(shù)層面，開展工程平臺(tái)、各系統(tǒng)的能源、控制、運(yùn)輸?shù)葘ｍ?xiàng)任務(wù)設(shè)計(jì)與分系統(tǒng)設(shè)計(jì)，構(gòu)建專業(yè)詳細(xì)設(shè)計(jì)和仿真模型，開展成本、風(fēng)險(xiǎn)以及可靠性等指標(biāo)驗(yàn)證評(píng)估，建設(shè)專業(yè)設(shè)計(jì)仿真軟件和各類系統(tǒng)分析軟件，支持各專業(yè)層級(jí)的任務(wù)分析與系統(tǒng)評(píng)估。

4) 建設(shè)多專業(yè)、多層級(jí)的并行協(xié)同環(huán)境，建立面向多層級(jí)、多學(xué)科工具的API接口體系，基于通用數(shù)據(jù)和模型接口，支持跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)的協(xié)同論證，實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)傳遞、共享、應(yīng)用、驗(yàn)證，并保證模型的一致性和規(guī)范性。

5 工程應(yīng)用實(shí)踐

面向ILRS以及其他復(fù)雜航天系統(tǒng)方案協(xié)同論證階段的具體應(yīng)用，本論文基于當(dāng)前階段的國際月球科研站建設(shè)方案，構(gòu)建國際月球科研站協(xié)同論證的多要素模型，針對(duì)科學(xué)試驗(yàn)任務(wù)，以及系統(tǒng)工程大總體，探測器系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、地面測控系統(tǒng)等系統(tǒng)架構(gòu)組成，綜合多專業(yè)知識(shí)與模型積累，面向使命任務(wù)分析、場景定義、技術(shù)方案論證、可行性設(shè)計(jì)等不同階段流程，以網(wǎng)絡(luò)化、分布式的協(xié)同建模、設(shè)計(jì)、論證與仿真為手段，基于多領(lǐng)域系統(tǒng)建模與應(yīng)用，開展平臺(tái)方案的協(xié)同論證。以ILRS任務(wù)方案論證為例，按照如圖11所示的協(xié)同論證過程開展工作，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了ILRS任務(wù)場景、系統(tǒng)架構(gòu)、功能的設(shè)計(jì)，能夠完整地描述系統(tǒng)平臺(tái)邏輯與結(jié)構(gòu)、科學(xué)探測和技術(shù)驗(yàn)證的各項(xiàng)任務(wù)過程，滿足各階段任務(wù)要求。

圖11 ILRS平臺(tái)方案的協(xié)同論證過程

1) 月球探測使命任務(wù)定義與需求分析。從月球起源理論、空間物理、化學(xué)、資源探測與采集等科學(xué)目標(biāo)出發(fā)，建立使命任務(wù)、需求、概念、資源4類共12個(gè)模型圖，描述系統(tǒng)頂層任務(wù)、定義系統(tǒng)運(yùn)行場景，提煉出國際月球科研站的使命級(jí)目標(biāo)和試驗(yàn)級(jí)目標(biāo)，通過如圖12所示的多種視圖模型的相互關(guān)聯(lián)與驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)ILRS使命任務(wù)分析、各系統(tǒng)需求和技術(shù)指標(biāo)定義。

具體包括：① 通過需求樹、需求表定義科學(xué)探測、技術(shù)試驗(yàn)等科學(xué)目標(biāo)作為ILRS的核心使命任務(wù)，針對(duì)每一條使命任務(wù)建立一個(gè)用例圖，識(shí)別地質(zhì)探測與采集、月面運(yùn)輸?shù)刃袨榕c月面地形和物質(zhì)的交互關(guān)系。② 通過內(nèi)部模塊圖、模塊定義圖等架構(gòu)設(shè)計(jì)模型定義ILRS系統(tǒng)的初始概念架構(gòu)，描述其與環(huán)境的接口和交互關(guān)系，包括引力與加速度、輻射、干擾、光照等。③ 描述ILRS空間探測、運(yùn)行時(shí)間、載荷采樣返回等能力需求以及行為的邏輯過程，定義能力需求和技術(shù)指標(biāo)。④ 通過系統(tǒng)參數(shù)、指標(biāo)以及約束模型定義ILRS任務(wù)的資源視圖，描述經(jīng)費(fèi)、周期、可復(fù)用軟硬件資源等任務(wù)資源或約束條件。⑤ ILRS使命任務(wù)、各系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)、頂層參數(shù)設(shè)計(jì)、能力要求以及資源約束通過參數(shù)進(jìn)行定義，與資源視圖中的約束模型相關(guān)聯(lián)，通過資源視圖，初步確認(rèn)系統(tǒng)頂層概念的合理性。

圖12 ILRS使命任務(wù)定義與需求分析

2) ILRS概念架構(gòu)定義與可行性論證。從ILRS系統(tǒng)初始的頂層概念設(shè)計(jì)出發(fā)，建立并細(xì)化如圖13所示的ILRS整體和各個(gè)系統(tǒng)的多層級(jí)架構(gòu)方案模型，通過設(shè)計(jì)仿真模型結(jié)合的形式，開展虛擬仿真驗(yàn)證，并結(jié)合成本、可靠性分析實(shí)現(xiàn)對(duì)ILRS概念架構(gòu)的可行性驗(yàn)證。

圖13 ILRS多層級(jí)架構(gòu)模型

具體包括：① 基于內(nèi)部模塊圖(Internal Block Diagram， IBD)和塊定義圖(Block Definition Diagram， BDD)，進(jìn)行ILRS功能與邏輯架構(gòu)模型的分析、分解與定義，進(jìn)一步完善各模塊間的接口、參數(shù)輸入輸出關(guān)系、各項(xiàng)系統(tǒng)功能或能力的參數(shù)指標(biāo)；② 從能源保障能力、通信與導(dǎo)航能力、交通運(yùn)輸能力、運(yùn)營管理能力、防護(hù)保護(hù)能力5個(gè)方面建立系統(tǒng)各專業(yè)模型，從不同專業(yè)的維度，開展ILRS平臺(tái)方案的設(shè)計(jì)，定義各系統(tǒng)、各專業(yè)的技術(shù)方案與技術(shù)參數(shù)；③ 通過狀態(tài)圖、時(shí)序圖等白盒行為圖描述科學(xué)探測、系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的任務(wù)的運(yùn)行邏輯，豐富ILRS各系統(tǒng)的狀態(tài)與事件響應(yīng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)技術(shù)方案的細(xì)化設(shè)計(jì)；④ 基于系統(tǒng)架構(gòu)、各專業(yè)的設(shè)計(jì)模型，建立ILRS各個(gè)關(guān)鍵任務(wù)剖面以及各個(gè)系統(tǒng)的仿真模型，通過仿真模型驗(yàn)證各項(xiàng)任務(wù)過程的可實(shí)現(xiàn)性、技術(shù)可行性，進(jìn)一步開展成本與可靠性分析，完成系統(tǒng)概念架構(gòu)的可行性論證。

3) ILRS聯(lián)合方案設(shè)計(jì)與綜合評(píng)估。根據(jù)ILRS預(yù)期的科學(xué)和工程探測任務(wù)，對(duì)聯(lián)合科學(xué)探測、聯(lián)合技術(shù)驗(yàn)證的實(shí)施方式、約束條件和可行性進(jìn)行分析，建立任務(wù)功能模塊與接口以及系統(tǒng)機(jī)理與任務(wù)場景模型，開展ILRS系統(tǒng)綜合評(píng)估，全面分析約束條件、外部接口、技術(shù)指標(biāo)要求、任務(wù)可行性、經(jīng)濟(jì)可行性、可靠性安全性、風(fēng)險(xiǎn)與系統(tǒng)功能性能等，從而確定ILRS系統(tǒng)的建設(shè)路線與運(yùn)行方案。

具體包括：① 根據(jù)ILRS系統(tǒng)概念架構(gòu)，確定各模塊對(duì)應(yīng)的發(fā)射載荷，并確定各系統(tǒng)模塊部署的依賴關(guān)系，描述為ILRS發(fā)射任務(wù)與實(shí)施方案的任務(wù)需求；② 結(jié)合使命任務(wù)定義與需求分析階段的資源視圖，前期探月工程設(shè)備的可復(fù)用情況，通過架構(gòu)視圖建立初始階段的架構(gòu)模型，作為實(shí)施方案的初始模型；③ 根據(jù)平臺(tái)方案的載荷要求，基于運(yùn)載火箭、發(fā)射場系統(tǒng)、測控系統(tǒng)等多領(lǐng)域模型，建設(shè)多次發(fā)射任務(wù)的任務(wù)方案和發(fā)射系統(tǒng)架構(gòu)模型；④ 結(jié)合系統(tǒng)能力以及資金預(yù)算的資源約束條件，規(guī)劃各系統(tǒng)模塊發(fā)射的先后順序以及時(shí)間窗口，通過時(shí)序圖建立實(shí)施路線模型；⑤ 根據(jù)實(shí)施路線模型的幾次發(fā)射窗口，基于模塊定義圖和內(nèi)部模塊圖，建立各個(gè)階段的ILRS架構(gòu)模型，生成如圖14所示的白盒活動(dòng)圖，從而確定各階段ILRS系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行能力；⑥ 面向不同任務(wù)要求、不同實(shí)施階段，建立如圖15所示的系統(tǒng)發(fā)射任務(wù)和平臺(tái)運(yùn)行的仿真模型，將仿真結(jié)果與技術(shù)指標(biāo)、使命任務(wù)要求、資源約束進(jìn)行對(duì)比分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)合實(shí)施方案的綜合評(píng)估。

圖14 ILRS建設(shè)路線模型

圖15 發(fā)射與飛行過程仿真

6 結(jié) 論

ILRS國際合作范圍廣、科學(xué)領(lǐng)域多、體系復(fù)雜、任務(wù)周期長，構(gòu)建科學(xué)合理的全生命周期模型體系和基于模型、架構(gòu)驅(qū)動(dòng)的國際性航天工程數(shù)字化協(xié)同論證體系是有效開展國際間的聯(lián)合論證、協(xié)同設(shè)計(jì)與聯(lián)合探測的關(guān)鍵。ILRS的實(shí)施以及國際化系統(tǒng)設(shè)計(jì)論證系統(tǒng)的研發(fā)，將進(jìn)一步推動(dòng)MBSE、系統(tǒng)協(xié)同建模與仿真驗(yàn)證、并行工程等技術(shù)和方法研究，大幅提升我國基礎(chǔ)研發(fā)能力水平，自主突破和掌握新一代數(shù)字化仿真軟件的核心技術(shù)，大幅提升自主創(chuàng)新能力與水平。

1) 方法層面，形成了跨領(lǐng)域、跨層級(jí)、跨階段和跨團(tuán)隊(duì)的數(shù)字化協(xié)同論證方法總體框架，針對(duì)使命任務(wù)分析、需求定義、概念設(shè)計(jì)、可行性論證等不同流程階段，規(guī)定所需的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要素和分析、驗(yàn)證工作，完成多個(gè)流程階段的設(shè)計(jì)驗(yàn)證閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)流程階段間的模型交付、確認(rèn)，支持多系統(tǒng)、多專業(yè)團(tuán)隊(duì)協(xié)同參與，根據(jù)專業(yè)、角色、崗位、權(quán)限、國別等差異，開展任務(wù)分工與協(xié)作。針對(duì)ILRS工程目標(biāo)與科學(xué)目標(biāo)并重、多系統(tǒng)協(xié)同、多團(tuán)隊(duì)協(xié)作的特點(diǎn)，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、協(xié)同環(huán)境的支持下，實(shí)現(xiàn)專業(yè)、團(tuán)隊(duì)間的多方案并行定義、集成、管理、評(píng)價(jià)和論證。

2) 模型層面，從層次、專業(yè)、階段3個(gè)維度建立了ILRS工程多領(lǐng)域全息模型，覆蓋任務(wù)、功能、架構(gòu)、機(jī)理等類型的系統(tǒng)模型，在不同工具、專業(yè)、團(tuán)隊(duì)之間，遵循國際通用的設(shè)計(jì)、仿真語言規(guī)范，以及面向國際合作的模型傳遞與接口規(guī)范，用面向?qū)ο蟮?、圖形化、可視化的系統(tǒng)建模語言描述系統(tǒng)多層級(jí)元素，基于模型實(shí)現(xiàn)任務(wù)分解、分配、傳遞與集成驗(yàn)證，與傳統(tǒng)的基于文件的協(xié)作方式相結(jié)合，支持復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)同論證的全流程活動(dòng)和知識(shí)積累與應(yīng)用。

3) 標(biāo)準(zhǔn)層面，建立多層級(jí)、多階段的ILRS協(xié)同論證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，從面向ILRS平臺(tái)論證任務(wù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和MBSE活動(dòng)通用標(biāo)準(zhǔn)兩方面，研究與任務(wù)實(shí)際研制流程緊密結(jié)合的、具有可操作性的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范與指南。通過規(guī)范的系統(tǒng)論證活動(dòng)約束保證論證過程質(zhì)量，通過系統(tǒng)建模語言和應(yīng)用規(guī)范保證聯(lián)合團(tuán)隊(duì)多專業(yè)模型的一致性和匹配性，通過系統(tǒng)及模型的參數(shù)接口規(guī)范保證跨地域團(tuán)隊(duì)技術(shù)方案的集成性，促進(jìn)國際聯(lián)合團(tuán)隊(duì)共商、共建、共享。

4) 工具層面，建立了跨崗位、跨階段的ILRS系統(tǒng)協(xié)同論證環(huán)境，針對(duì)使命任務(wù)與需求分析、概念架構(gòu)定義、協(xié)同論證與綜合評(píng)估等具體環(huán)節(jié)建設(shè)相應(yīng)的需求管理類工具、功能分析與架構(gòu)設(shè)計(jì)類工具、系統(tǒng)建模與聯(lián)合仿真類工具、模型協(xié)同與管理類工具，定義多種工具之間的數(shù)據(jù)和模型轉(zhuǎn)換接口，開發(fā)統(tǒng)一數(shù)據(jù)源和模型架構(gòu)和模型數(shù)據(jù)協(xié)同管理模塊，實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)、多崗位間的模型數(shù)據(jù)同步和管理，解決ILRS協(xié)同論證中的工具間數(shù)據(jù)交換、上下游協(xié)同、模型一致性/完整性/有效性保障等問題。