基于MBSE的民机航电状态监控系统设计

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近年来社会经济飞速发展,出行需求日益增长,干线飞机需求量越来越大,但目前我国干线飞机主要依赖进口,在全球新冷战场景下,干线飞机的自主设计、生产需求日益迫切。随着系统工程的不断发展,基于模型的系统工程(Model Based System Engineering,MBSE)在航空领域有了更多的应用,相较于传统开发方法,MBSE以模型代替文档,且符合适航标准,是更适合用于对民机系统进行设计的方法。状态监控系统监控和记录了与飞机维护、性能、故障排除和趋势监控相关的飞机数据,是民机航电系统的重要组成部分。因此,运用MBSE的方法论对状态监控系统进行设计对实现航电系统的自主研发具有重要意义。本论文以“民用大飞机航电系统建模”课题为依托,主要工作及贡献如下:(1)提出对于复杂系统的模型设计方案。针对传统设计模式以文档为驱动的弊端,分析了Harmony的设计框架,对其进行纵向解析,提出了基于Rhapsody的系统设计流程;横向解析,提出了基于Harmony-SE,SysML的顶层静态设计与基于Harmony-SW,UML的软件动态设计联合的建模方案。(2)对设计过程中的两个关键技术进行了研究。需求覆盖率测试技术:为确保所创建的模型能够完整地满足系统需求,分析对比了集合、矩阵、覆盖率三种需求追溯方法之后,基于Rhapsody平台Gateway插件,选择需求覆盖率测试的方法对系统需求进行确认。自动代码生成技术:基于OXF框架,根据UML模型到代码的转换规则,在Rhapsody平台将类图模型转换为代码,并验证了模型与代码间的双向关联。(3)运用上述方法、技术,设计实现了状态监控系统。根据ARINC624-1协议,对状态监控系统进行了建模及软件设计,在功能完备、系统完整的基础上,与传统方法相比,系统可维护性提高了,模型设计与代码编写之间的联系更紧密了,开发周期也缩短了。本文对MBSE的方法论进行了实践探索,与传统模式相比,以模型为核心的方法使得设计过程更加简洁,便于理解、交流;开发过程各个阶段模型可追溯,需求变更问题得以解决;模型可转换为代码,减少了重复劳动,模型设计将取代大部分代码编写工作,成为系统开发的核心,提高了开发效率及准确性。本文对MBSE技术在类似民机航电系统这类复杂系统的设计运用做了有益的探索,具有一定的借鉴意义。
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