复杂系统数字孪生-POC：航天实践验证.docx

POC：航天实践验证 本章节以基于模型的工程方法定义液体火箭总体论证设计以及分系统方案设计为例，基于系统模型、领域模型和系统生命周期管理技术在火箭某验证项目中进行应用实践。本项目的应用验证范围集中在对火箭设计可行性论证阶段和系统总体方案阶段以及分系统方案的设计和仿真验证，展现MBE 方法在火箭设计过程中应用效果。 POC项目目标和验证思路 项目目标 参考INCOSE-SE Handbook、NASA-SE Handbook、ISO-15288系统工程标准以及液体火箭的专业特点构建系统工程应用协同平台，并基于系统工程技术的方法以及标准开展MBE的应用验证以下主要MBE实施问题： 图8- SEQ 图8- \* ARABIC 1 用户和产品的需求如何结构化定义，并管理需求定义、分配、分解、验证的设计过程。需求的功能性定义以及形成量化指标、参数的过程，并管理在此过程中形成的功能、性能、接口、集成、物理以及外部环境约束的需求类对象； 基于MBE技术如何捕获利益攸关者需求并转换成为系统需求，并将功能性系统需求转换为对系统功能的连续描述，分析并进行识别系统功能； 基于模型的系统架构如何转换为支撑MBE设计协同的协同架构，并基于SysLM平台管理MBE的协同过程； 确认需求的设计方案需要通过仿真和试验进行确认，如何在SysLM平台上实现需求驱动仿真以及试验验证的过程，以验证管理闭环构建V&V流程。 场景流程与验证思路 图8- SEQ 图8- \* ARABIC 2 MBE技术验证方案场景流程 基于上述验证目标将MBE方法学应用到液体火箭的设计流程中进行如下验证应用，基于火箭的业务背景，主要分成5个主要场景对MBE的方法学进行实际应用验证： MBE 基础环境的定义场景，以PLM平台为MBE体系架构的核心定义RFLP在PLM平台中对象和视图，并基于火箭系统设计业务为管理背景，验证在PLM中需求的定义、系统架构的定义、系统模型的管理、多方案的管理等； 可行性论证设计场景，以火箭需求论证设计为业务背景，使用MBE方法验证总体需求导入、建模与分析获取火箭功能需求，并进行快速论证设计的应用过程； 系统架构设计场景，以火箭总体架构设计为业务背景，验证基于模型定义火箭总体功能定义火箭系统架构和系统仿真架构的的应用过程； 分系统方案设计场景，以火箭系统设计为背景，验证基于模型定义推进分系统设计和控制分系统设计的系统架构，以及系统建模与系统仿真的过程； 虚拟试验场景，对基于MBE的虚拟试验架构以及应用要求进行概述，并以火箭试验室试验和火箭发动机点火虚拟试验两个不同的虚拟试验试验的应用技术模式进行论述。 核心技术应用概述以及验证场景 基于PLM平台的MBSE协同管理使能技术 图8- SEQ 图8- \* ARABIC 3 基于PLM平台的MBSE协同管理架构定义 将MBSE方法学和技术应用到实施过程中首先要解决的是我们需要什么样的系统架构来支撑MBSE设计的协同过程，以运载火箭总体论证设计和系统总体设计为业务背景来看，支撑运载火箭的MBSE体系是一个系统综合性的设计仿真环境，同时需要具备RFLP以及机电软各专业仿真模型的管理能力和协同流程管理能力，这就要求支撑MBSE协同设计的平台是一个集功能建模工具、系统建模工具、仿真工具等设计仿真工具的紧密集成环境。 图8- SEQ 图8- \* ARABIC 4 基于PLM平台的MBSE设计过程管理能力体系架构 在此环境中主要验证解决MBSE系统实施过程中的平台使能要求： 平台中的需求管理能力的验证； RFLP对象定义以及需求为源头追溯设计全过程的验证； 系统仿真模型的管理能力的验证； 系统级仿真验证架构验证； 多方案仿真架构管理验证； 系统接口管理验证。 下面以火箭业务为基础背景展开具体验证设计的场景。 火箭需求设计过程的管理 本章节以火箭业务为背景示例，通过在PLM平台中定义需求分类，结构化需求条目并构建需求树，管理需求协同定义过程。 图8- SEQ 图8- \* ARABIC 5 运载火箭及航天器研制需求管理业务流程示例 需求获取与分类管理 运载火箭系统的总体部门在接到客户方的任务需求，或根据对当前新技术的研究内部整理提出初步研发方向后，基于对当前已有产品能力，进一步进行分析形成运载火箭及航天器系统的总体技术需求。 图8- SEQ 图8- \* ARABIC 6 用户需求获取 首先需求收集人员、需求库管理员、需求分析团队捕获的各种用户需求，包括用户需求、市场调研、法规政策等，然后进行初步的筛选和分类。将筛选好的需求分类后为各类需求定制编码并导入到PLM平台中，PLM平台以唯一编码对象管理需求条目的全生命周期的设计和验证活动。 如下图通过PLM平台的导入、导出功能直接集成在Office界面的插件里，这样就可