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  • 关于模型的系统工程在航天器研制中的研究与实践

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2019-11-02

    1简介

    航天器的发展是一个多学科,多学科的大型系统项目。它具有技术难度高,投资大,质量和可靠性要求高,合作单位多,发展风险高,管理难度大的特点。经过数十年的发展,中国航空航天业已逐渐形成了航天器开发系统独特的工程管理模式。近年来,随着许多重大项目的启动,航天器的开发出现了一些新功能:1开发数量大大增加,开发周期缩短了。 2性能要求不断提高,并且出现了新产品和技术。该产品组合起来,大规模协同,耦合关系复杂。

    传统的航天器开发模型是基于文档的,但是由于航天器开发是涉及多学科集成的系统工程,因此不同的设计人员会关注不同的领域。从文档中读取信息很容易导致理解上的不一致。在产品设计过程中,经常发生重复的迭代和其他修改。尽管近年来它已从过去的纸质形式转换为电子形式,但并没有从根本上改变这种状况。

    2MBSE的内涵

    在INCOSE发布的2020年愿景中,MBSE已成为系统工程未来发展的重要方向。根据计划,MBSE主要经历三个阶段。 2010年,实现了MBSE标准化。从2010年到2020年,MBSE理论体系日趋成熟,将分析,仿真和可视化集成到系统架构模型中,并定义了完善的MBSE理论。到2025年,该系统将MBSE方法应用于各个领域。

    首先提出MBSE概念的INCOSE给出以下定义:

    “基于模型的系统工程是一种建模形式,可支持从概念设计阶段开始的系统需求,设计,分析,验证和确认,并贯穿整个开发过程和后续生命周期阶段。”

    3MBSE在航天器开发中的研究与实践

    3.1 MBSE理论在航天器发展中的创新与发展

    在继承国外实践成果的基础上,结合中国航天器发展的具体情况,对MBSE理论进行了创新和发展。

    1)通过整个产品生命周期中的主要模型

    尽管从定义上指出MBSE贯穿产品开发的全过程,但目前,在国内外相关研究和实践中,MBSE的应用范围仅限于产品的系统设计阶段(即设计阶段)。在此阶段,建模语言(SysML)用于支持产品设计早期阶段的流程,功能和结构的建模。但是,在随后的详细设计阶段,各个学科完全分开,并且SysML不再适用。

    2)整合“模型驱动”的思想

    尽管MBSE通过模型的不断发展和迭代来实现产品设计,但MBSE仍然存在一些缺点:1建模工作量繁重,几乎所有建模过程都需要手动完成,并且建模的自动化和智能支持更少。 2不能保证建模质量,因为建模需要手工完成,建模质量取决于设计人员的经验,不能保证建模质量; 3建模效率低,特别是对于大型复杂产品,例如航天器建模,建模和复杂类型,建模效率非常低。

    基于现有的MBSE系统,集成了``模型驱动''的思想,以实现从MBSE到模型驱动系统工程(MDSE)的转换。两者的区别在于,MBSE是通过“手动”驱动建模的,而MDSE是通过“模型”智能驱动建模的,即使用现有的经验知识,通过有效的推理策略进行知识推理,实现自动化,智能化合理化相关推理建模并进一步生成模型,以减少复杂和重复的工作量并更好地重用知识。这种知识是现有产品开发过程中所隐含的,需要进一步探索和完善,这一过程的实现不是一步一步的过程,而是一个持续改进的过程。

    3.2MBSE在航天器开发中的应用实践

    在MBSE理论的创新与发展的同时,MB-SE理论的应用指导航天器的发展,建立了适合我国国情的航天器发展管理模型。

    1)建立,完善和完善系统工程开发过程系统

    系统工程活动及其过程是系统工程系统的核心。根据当前航天器研制任务的情况,明确系统工程各阶段的任务划分和实施要求,对关键技术活动进行集中研究,持续进行系统工程过程的梳理和优化,提出所需的建模工具整体设计元素。手段,是将航天器的总体和结构协同设计过程,总体和热控制协同设计过程,热控制3D设计过程,基于模型的跨专业协同设计过程,有效载荷快速设计流程,配置布局设计实施过程,总体组装进行组合设计过程,结构协同设计过程等。同时,利用先进的信息技术和手段来实现高效的信息表达,数据管理,数据传输,为航天器的发展过程提供了根本保证。

    2)以IDS作为统一数据源的MBSE解决了MBSE应用范围狭窄的问题

    结合中国航天器的发展特点,提出了以设备接口数据表(IDS)为统一数据源的MBSE。在随后的设计阶段,各学科仍然可以通过统一的数据源IDS来协调设计。将MBSE的范围扩展到整个产品设计阶段。

    3)充分利用现有知识,实现从MBSE到MDSE的过渡

    在充分利用信息技术的基础上,结合实际情况,充分利用现有的设计知识,并将多年积累的经验和知识,如设计禁忌,设计要素,设计过程等,整合到整体航天器中设计。集成环境,然后根据不同的设计阶段和设计方案,通过有效的推理策略进行推理,以智能方式实现航天器开发过程的建模。

    这里,在3D设计环境中开发了基于IDS的设备自动建模,快速设备布局,快速电缆布线和基于卫星电缆设计系统(SCDS)数据的电缆装配设计,并且从源头上保证了设计。数据的一致性有效地提高了航天器开发的标准化,标准化和自动化程度,加强了技术状态控制,优化了开发过程,实现了真实模型的驱动。

    4)基于模型的跨学科协同设计模式

    MBSE概念的引入改变了最初的协作设计模型,但是学科和专业之间的协作仍然是手工协调的。为此,在MBSE的基础上,结合当前的航天器发展模型,一方面基于IDS统一数据源,进行了整体结构-热控协同设计,有效解决了人工谈判。以及传统模式下的多评论和多评论。设计精度难以保证。另一方面,建立了基于多级骨架关联设计的并行机制。通过建立上下游专业设计对象与专业内部设计对象之间的关系,可以在上游设计更改时自动更新下游设计。从而加快了设计迭代周期,提高了设计效率和质量。

    5)基于MBD的完整3D数字产品定义

    MBSE提出“基于模型”的想法贯穿产品开发的整个生命周期,但是在产品设计阶段,传统的数字产品被定义为“二维+三维”形式,即三维模型仅用作几何模型。诸如尺寸,公差,粗糙度和热处理方法之类的过程信息仍显示在2D工程图上,这导致2D工程图仍然是制造过程中制造的唯一基础。整个制造系统仍然是传统的。在二维系统中,此产品定义模型不能保证产品定义的唯一性。

    基于模型定义(MBD)的数字设计和制造技术已经成为制造信息化的趋势。将三维产品的制造信息和三维设计信息定义为三维产品模型,以改变三维模型与二维工程图并存的现状,确保生产。产品定义的唯一性。目前,MBD技术在国外的应用已经比较成熟。波音公司的杰出代表之一,在787客机的开发过程中完全采用了MBD技术,并以MBD模型为唯一制造基础,完全放弃了二维工程图。 MBD技术不是简单地标注在三维模型上,而是通过一系列标准化方法更好地表达设计思想,从而打破“设计制造”之间的差距。一方面,它可以被设计人员容易地理解,另一方面,它可以被计算机轻松地处理。

    6)航天器系统工程标准规范体系的构建

    在MBSE方法中,需要完整的航天器系统工程标准系统作为支持,这是MBSE实现的基础。在梳理现有标准和规范的基础上,主要进行航天器系统工程标准规范体系的框架设计,以进一步消除系统工程标准规范体系中的薄弱环节。

    通过研究国外有关标准和规范,并结合航天器发展的特点,在探索航天器发展模型的过程中,构建了航天器数字化发展标准体系。

    航天器数字发展标准系统是一个有机的整体,具有由几个相互依存,相互制约的数字标准组成的特定功能。企业综合管理信息标准和基本运维标准是整个系统的支持标准,主要包括基础类和应用两类标准,其中基础类主要是概念术语标准。应用标准包括数字设计,制造,组装,测试信息交换标准,数字设计标准,基于数字产品的制造标准,数字测试测试标准,数字化产品管理标准等,涵盖了基础,设计,制造,最终组装,测试和数据管理。

    4结论

    MBSE代表了未来系统工程的最新发展和未来方向。但是,应该指出的是,MBSE仍处于探索阶段,在具体实施过程中会遇到各种问题。有必要根据中国航天器发展的特点和当前的发展要求,制定长期发展计划。同时,要密切关注国内外研究机构在这一领域的进展,进一步吸收和消化国内外研究成果,形成具有中国航天特色的MBSE,提高航天器和航天器的研究能力。航天器的总体设计水平。

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