随着航空工业技术的快速发展以及民机的现代化、大型化,民机机电系统的复杂程度越来越高,在系统在运行中,不可避免的会出现各种故障,而传统的定期维护和例行检查大多属于对已发生故障的补救,效率低、实时性差、主观性强,越来越不能满足系统安全的需求。同时,随着系统的复杂程度变高,相较于传统的基于文本的系统工程存在的质量低、周期长和花费大等问题,基于模型的系统工程(MBSE)已成为国内外解决复杂系统设计问题的研究与应用热点。针对上述情况,本文对使用MBSE方法设计的典型机电系统(起落架系统和环控系统)进行了故障注入和故障诊断研究。通过设计系统故障诊断功能,实现对系统的实时在线诊断,同时依据故障诊断的结果,设计系统容错机制(硬件冗余),并通过故障注入的方法,对设计的故障诊断和容错机制进行验证。首先,采用仿真实现的故障注入方式,设计了故障注入模块,实现在设计阶段,将典型故障(卡死、漂移、失效)注入系统模型。对本文采用的故障诊断方法(故障诊断观测器和BP神经网络)进行了介绍。对Rhapsody中的系统SysML模型建模、Rhapsody/Simulink协同仿真等进行了研究。第二,分别建立了起落架前轮转向控制系统、起落架防滑刹车控制系统、座舱温度控制系统以及座舱压力控制系统的数学模型,分析了系统常见故障,并使用设计的故障注入模块实现相应故障的注入,随后采用故障诊断观测器和BP神经网络的方法分别对线性系统和非线性系统进行了故障诊断研究,并在Simulink中进行了仿真验证。第三,在Rhapsody中,完成对起落架系统和环控系统的故障注入和诊断的设计和验证。使用MBSE的设计方法,结合已经完成的故障注入、建模、故障诊断等研究,建立了包含故障注入和诊断功能的起落架系统和环控系统容错机制SysML模型,并在Rhapsody中设计了面板图,用于系统的仿真验证。最后,设计了民机机电系统故障注入和仿真软件,通过仿真软件实现对系统SysML模型运行的控制、故障注入的设置等,并将系统的状态以及故障诊断的结果通过曲线、文本、仪表等多种方式进行显示。