MBSE在蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

仇振安毛陽(yáng)韓剛強(qiáng)張行楊冰潔

（1.陸軍航空兵軍代局駐洛陽(yáng)地區(qū)軍事代表，河南洛陽(yáng) 471000；2.新鄉(xiāng)航空工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，河南新鄉(xiāng) 453000）

MBSE在蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

仇振安1毛陽(yáng)1韓剛強(qiáng)2張行2楊冰潔2

（1.陸軍航空兵軍代局駐洛陽(yáng)地區(qū)軍事代表，河南洛陽(yáng) 471000；2.新鄉(xiāng)航空工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，河南新鄉(xiāng) 453000）

本文主要介紹基于Rhapsody的需求分析、功能分析及架構(gòu)設(shè)計(jì)的流程和方法在某蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，通過模型的方式對(duì)系統(tǒng)建立用例、功能流、時(shí)序關(guān)系和可用于執(zhí)行驗(yàn)證的狀態(tài)機(jī)來描述系統(tǒng)，指導(dǎo)蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中的需求分析、功能分析和設(shè)計(jì)綜合工作，探索MBSE方法在蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的指導(dǎo)作用。

MBSE；需求分析；蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)

傳統(tǒng)的蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)都是基于文檔的，由于蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)是一個(gè)涉及機(jī)、電、液等多學(xué)科融合的系統(tǒng)，不同設(shè)計(jì)人員所關(guān)注的領(lǐng)域不同，從文檔中讀取信息很容易產(chǎn)生理解的不一致，造成產(chǎn)品在研制過程中出現(xiàn)“拖、降、漲”（拖進(jìn)度、降指標(biāo)、漲費(fèi)用）的現(xiàn)象。

MBSE能有效解決這些問題，其是采用模型驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行需求分析、功能分析及設(shè)計(jì)的工程方法，其結(jié)構(gòu)化、模型化的系統(tǒng)需求、功能與架構(gòu)定義、分配與追蹤關(guān)系能夠快速響應(yīng)需求的變化，并及時(shí)指導(dǎo)后期的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及驗(yàn)證過程［1，2］。

1 需求分析

1.1 確定用例

對(duì)需求進(jìn)行分類，篩選出其中的系統(tǒng)級(jí)功能需求，根據(jù)功能需求確定合適的用例。用例是系統(tǒng)的功能性描述，是對(duì)系統(tǒng)需求的實(shí)現(xiàn)，與系統(tǒng)需求之間具有一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

制冷系統(tǒng)主要有自檢、調(diào)節(jié)亮度、制冷和通風(fēng)4個(gè)功能，與外部的交互對(duì)象為飛行員和配電系統(tǒng)。

1.2 分配需求到用例

分配需求到系統(tǒng)用例一方面可以進(jìn)行需求的覆蓋率分析，檢查是否所有的需求都有對(duì)應(yīng)的用例來完成，保證在后續(xù)的功能分析中沒有遺漏需求；另一方面可以檢查是否所有的用例都來源于真實(shí)的需求而不是憑空捏造，保證不會(huì)出現(xiàn)冗余的功能設(shè)計(jì)。

經(jīng)覆蓋率分析，制冷系統(tǒng)共有52條功能需求，所有功能需求均關(guān)聯(lián)到了用例，需求覆蓋率為100%。

2 功能分析

2.1 建立活動(dòng)圖

在功能分析階段，針對(duì)系統(tǒng)用例，搭建反映系統(tǒng)運(yùn)行情況的活動(dòng)圖、反映系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)序的時(shí)序圖以及用于模型執(zhí)行的狀態(tài)圖，描述系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。以下僅以制冷用例進(jìn)行描述，圖1描述了制冷系統(tǒng)為了完成制冷功能所要執(zhí)行的一系列活動(dòng)與操作。

圖1 制冷用例主活動(dòng)圖

2.2 建立時(shí)序圖

根據(jù)制冷系統(tǒng)制冷用例的活動(dòng)圖，建立制冷系統(tǒng)制冷用例時(shí)序圖，下面僅以制冷系統(tǒng)制冷用例設(shè)置風(fēng)速時(shí)序圖為例進(jìn)行說明。圖2為制冷用例設(shè)置風(fēng)速時(shí)序圖（部分），該時(shí)序圖將制冷系統(tǒng)與外部操作者（Pilot）的交互關(guān)系表示成一個(gè)二維圖?？v向是時(shí)間軸，時(shí)間沿豎線向下延伸，橫向代表操作者（Pilot）在設(shè)置風(fēng)速時(shí)與制冷系統(tǒng)進(jìn)行的隨時(shí)間的流逝而發(fā)生的消息交換及執(zhí)行的動(dòng)作。

圖2 制冷用例設(shè)置風(fēng)速時(shí)序圖（部分）

2.3 建立接口圖

根據(jù)制冷用例時(shí)序圖建立制冷用例接口圖（IBD圖），接口是系統(tǒng)與外部交互者進(jìn)行交互的一種手段，系統(tǒng)與交互者通過接口進(jìn)行交互。圖3描述了制冷系統(tǒng)在執(zhí)行制冷功能時(shí)，操作者（Pilot）與制冷系統(tǒng)進(jìn)行的一系列消息交換及執(zhí)行的動(dòng)作。

圖3 制冷用例IBD圖

2.4 建立并運(yùn)行狀態(tài)圖

狀態(tài)圖主要用于描述一個(gè)對(duì)象在其生命周期內(nèi)的動(dòng)態(tài)行為，狀態(tài)圖是可以運(yùn)行的，通過狀態(tài)圖的運(yùn)行來檢驗(yàn)構(gòu)建的模型是否符合系統(tǒng)需求。

3 設(shè)計(jì)綜合

設(shè)計(jì)綜合是在綜合考慮所有制冷系統(tǒng)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行架構(gòu)分析與設(shè)計(jì)，將制冷系統(tǒng)拆分成部件，然后基于統(tǒng)一架構(gòu)對(duì)每一個(gè)用例按部件進(jìn)行功能分解與分配。

3.1 架構(gòu)分析

架構(gòu)分析主要是在綜合考慮制冷系統(tǒng)自檢、調(diào)節(jié)亮度、制冷和通風(fēng)4個(gè)用例的基礎(chǔ)上，針對(duì)多個(gè)備選解決方案完成權(quán)衡分析，并綜合考慮系統(tǒng)質(zhì)量、成本、性能等指標(biāo)，確定最佳解決方案。

3.2 架構(gòu)設(shè)計(jì)

架構(gòu)設(shè)計(jì)是在建好的制冷系統(tǒng)邏輯架構(gòu)的基礎(chǔ)上，將黑盒階段活動(dòng)圖中各元素分配到6個(gè)部件模塊功能中，形成泳道圖，通過這種圖形化語(yǔ)言建立了6個(gè)部件間的信息傳遞關(guān)系。

白盒階段已把系統(tǒng)分解成部件，此時(shí)的IBD圖相比黑盒階段的IBD圖，一方面是已把黑盒打開，描述的是外部交互對(duì)象與部件間的關(guān)系；另一方面，此時(shí)的接口信息還包含了各部件或功能間的接口關(guān)系。

4 結(jié)論

本文介紹的基于Rhapsody的系統(tǒng)工程方法通過模型化的方式建立系統(tǒng)的用例圖、活動(dòng)圖、時(shí)序圖和狀態(tài)圖，有效地指導(dǎo)蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行系統(tǒng)需求分析、功能分析及架構(gòu)設(shè)計(jì)等相關(guān)工作，保證系統(tǒng)需求梳理較為全面、正確，為下一步正確設(shè)計(jì)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

［1］國(guó)際系統(tǒng)工程協(xié)會(huì)（INCOSE）.INCOSE系統(tǒng)工程手冊(cè)系統(tǒng)：生命周期流程和活動(dòng)指南［M］.張新國(guó)，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

［2］MEC Hull，K Jackson，J Dick.需求工程［M］.韓柯，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2003.

Application of MBSE in Design of Evaporative Circulation Refrigeration System

Chou Zhen'an1Mao Yang1Han Gangqiang2Zhang Hang2Yang Bingjie2
（1.Army Military Corps in Luoyang Area Military Representative，Luoyang Henan 471000；2.Xinxiang Aviation Industry(Group) Co.,Ltd.，Xinxiang Henan 453000）

This paper mainly introduced the flow and method of requirement analysis,functional analysis and architecture design which based on Rhapsody,then illustrated the application of them in the design of evaporation circulating refrigeration system,described the system by building use case,functional flow,sequence relation and statechart, so that it can be used as a guide to requirement analysis,functional analysis and design synthesis in the design process of evaporation circulating refrigeration system,and then explored the guiding function of MBSE.

MBSE；requirement analysis；evaporative circulation refrigeration system

V245.3

A

1003-5168（2017）04-0096-02

2017-03-12

仇振安（1981-），男，碩士，工程師，研究方向：航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代質(zhì)量管理技術(shù)研究。