基于MBSE技術(shù)的航天器電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)

馮忠偉，王 征，丁 琳，朱 紅

(中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京 100076)

0 引言

數(shù)字航天是未來我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展的主要方向，包括航天數(shù)字化產(chǎn)品、數(shù)字化研制、數(shù)字化管理和數(shù)字化產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展等方方面面，是實(shí)現(xiàn)航天產(chǎn)業(yè)智能化發(fā)展、實(shí)現(xiàn)航天強(qiáng)國(guó)的必由之路?；谀Ｐ偷南到y(tǒng)工程(MBSE)是數(shù)字航天發(fā)展大背景下一種全新的系統(tǒng)工程模式，MBSE是用于支持系統(tǒng)需求、設(shè)計(jì)、分析、驗(yàn)證與確認(rèn)等活動(dòng)的建模行為的形式化應(yīng)用，從概念設(shè)計(jì)階段開始貫穿系統(tǒng)全生命周期[1-5，6-12]。MBSE的應(yīng)用實(shí)施要求對(duì)現(xiàn)有的科研管理流程進(jìn)行優(yōu)化，以模型為中心代替文本為中心，將大大提升科研管理的標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化、一致性水平，同時(shí)也將改變系統(tǒng)管理的視角、載體和習(xí)慣。

航天器上的電氣系統(tǒng)是整器的能源、信息中樞系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)與航天器整體方案關(guān)系密切，從論證、設(shè)計(jì)、研制、測(cè)試、驗(yàn)收、在軌運(yùn)行等環(huán)節(jié)貫穿航天器全生命周期[10-11，14]。飛行器管理系統(tǒng)又是航天器電氣系統(tǒng)的核心，主要實(shí)現(xiàn)整器時(shí)序邏輯管理、數(shù)據(jù)管理、時(shí)間管理及勤務(wù)管理等內(nèi)容，基于飛行器管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，其在設(shè)計(jì)過程中與總體耦合緊密，整器的頂層需求直接影響飛行器管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，在設(shè)計(jì)過程中存在需求、功能及方案設(shè)計(jì)之間的反復(fù)迭代過程。

傳統(tǒng)的以文本為中心的系統(tǒng)工程上下游協(xié)同復(fù)雜，信息關(guān)聯(lián)度差，方案更新迭代流程復(fù)雜，不利于未來航天器飛行器管理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及改進(jìn)。基于MBSE開展飛行器管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)從頂層建立整器飛行器管理系統(tǒng)模型，包括需求定義、功能定義、邏輯實(shí)現(xiàn)及物理連接等，在各層級(jí)間采用模型進(jìn)行需求和設(shè)計(jì)結(jié)果傳遞，實(shí)現(xiàn)模型驅(qū)動(dòng)下各層級(jí)的高效協(xié)同工作，達(dá)到方案快速設(shè)計(jì)、驗(yàn)證的閉環(huán)目的。

1 總體建設(shè)思路

依據(jù)系統(tǒng)工程開發(fā)過程的“V”字模式，以飛行器管理系統(tǒng)為具體研究對(duì)象，搭建基于模型的飛行器管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)平臺(tái)。平臺(tái)支持在飛行管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中依次進(jìn)行需求定義，功能設(shè)計(jì)及分配，系統(tǒng)架構(gòu)邏輯設(shè)計(jì)，系統(tǒng)架構(gòu)邏輯實(shí)現(xiàn)(包括組件邏輯設(shè)計(jì)和總線設(shè)計(jì))，系統(tǒng)物理實(shí)現(xiàn)，并將各層次設(shè)計(jì)成果關(guān)聯(lián)，建立需求驅(qū)動(dòng)的正向設(shè)計(jì)過程[13-20]。

圖1 總體建設(shè)思路

在飛行器管理系統(tǒng)開發(fā)過程中，需求貫穿整個(gè)項(xiàng)目的研發(fā)過程，是整個(gè)設(shè)計(jì)方案的來源和約束，也是對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證的最終準(zhǔn)則。

需求分析是系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的頂層工作。系統(tǒng)工程的第一步是進(jìn)行需求分析與捕獲，并確定適用的國(guó)標(biāo)、軍標(biāo)、院所設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)規(guī)范要求、設(shè)計(jì)師手冊(cè)等頂層文件，將需求分析轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。在定義系統(tǒng)需求時(shí)，根據(jù)需求后續(xù)實(shí)現(xiàn)方式，將系統(tǒng)需求分成功能需求和性能需求兩類進(jìn)行管理。功能需求是對(duì)于功能設(shè)計(jì)提出的設(shè)計(jì)要求，功能設(shè)計(jì)人員根據(jù)具體的要求進(jìn)行功能分解；性能需求是對(duì)組件的結(jié)構(gòu)、硬件參數(shù)提出的設(shè)計(jì)要求，組件設(shè)計(jì)人員分別根據(jù)性能需求，確定組件硬件部分要滿足的設(shè)計(jì)要求。

當(dāng)設(shè)計(jì)過程中，系統(tǒng)接收到的設(shè)計(jì)要求有變更時(shí)，對(duì)于變更的部分會(huì)再次進(jìn)行需求捕獲、需求分析和需求定義的過程，并分解成功能需求和性能需求進(jìn)行后續(xù)設(shè)計(jì)，保證整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)過程中的系統(tǒng)需求的一致性。

功能定義層確定系統(tǒng)擁有的功能點(diǎn)，根據(jù)功能需求，確定功能點(diǎn)要滿足的各個(gè)設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)根據(jù)分解后各功能點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)。在功能設(shè)計(jì)要求傳遞給系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)前，需要建立功能設(shè)計(jì)要求與系統(tǒng)功能需求的追溯關(guān)系，保證每個(gè)系統(tǒng)功能需求都有功能去承載、實(shí)現(xiàn)，避免設(shè)計(jì)過程出現(xiàn)遺漏。此外，當(dāng)功能需求出現(xiàn)變更時(shí)，追溯關(guān)系能幫助進(jìn)行變更分析，保證設(shè)計(jì)過程的一致性。

完成系統(tǒng)的功能點(diǎn)定義及功能點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求后，下一個(gè)階段就是進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。在進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，采用基于功能的設(shè)計(jì)針對(duì)每個(gè)功能，通過“傳感器-控制單元-執(zhí)行器”的方式定義系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)方案，確定系統(tǒng)有哪些邏輯模塊構(gòu)成，邏輯模塊之間傳遞的信號(hào)流，并且明確信號(hào)之間的控制邏輯關(guān)系。當(dāng)在其他項(xiàng)目中有的相同/類似的功能要求時(shí)，可以直接復(fù)用功能設(shè)計(jì)方案，可有效提高設(shè)計(jì)的復(fù)用性。

系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)方案確定后，需要考慮如何去具體實(shí)現(xiàn)。邏輯設(shè)計(jì)階段定義的各個(gè)邏輯模塊分別由哪些組件去實(shí)現(xiàn)，確定組件的軟件架構(gòu)。此外，還需要確定組件間傳遞的信號(hào)，進(jìn)行總線設(shè)計(jì)。總線設(shè)計(jì)要求考慮總線的具體選型，包括總線的物理實(shí)現(xiàn)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)數(shù)量等，總線的物理實(shí)現(xiàn)綜合考慮總線負(fù)載需求、環(huán)境適應(yīng)性、未來可擴(kuò)展性等需求，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)考慮總線管理器設(shè)置、遠(yuǎn)置終端設(shè)置、總線冗余配置等具體方案，節(jié)點(diǎn)數(shù)量在整器具體需求的基礎(chǔ)上考慮一定的余量。

系統(tǒng)邏輯實(shí)現(xiàn)階段完成后，可以確定各組件的邏輯模塊、信號(hào)、系統(tǒng)通訊協(xié)議。系統(tǒng)通信協(xié)議明確了總線上各個(gè)終端之間的信息交互的基本框架，包括數(shù)據(jù)格式、握手機(jī)制及數(shù)據(jù)重傳機(jī)制等。數(shù)據(jù)格式綜合考慮對(duì)整器各系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理需求的兼容性、可擴(kuò)展性及對(duì)數(shù)據(jù)的容錯(cuò)能力，握手機(jī)制考慮A/B兩終端之間數(shù)據(jù)的可靠傳輸，確保在極限負(fù)載壓力下數(shù)據(jù)傳輸不出錯(cuò)，數(shù)據(jù)重傳機(jī)制重點(diǎn)考慮飛行器上關(guān)鍵數(shù)據(jù)在出現(xiàn)錯(cuò)誤情況下的重傳實(shí)現(xiàn)方案。

在完成系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)之后，軟件組件間的信號(hào)需要按實(shí)際的總線生成相應(yīng)的總線信號(hào)，通過對(duì)總線信號(hào)打包成報(bào)文消息之后，需要對(duì)總線協(xié)議的選擇、報(bào)文消息設(shè)計(jì)等進(jìn)行仿真驗(yàn)證，考核在不同任務(wù)工況下總線功能及性能滿足情況，并對(duì)極限工況進(jìn)行測(cè)試，通過仿真分析對(duì)總線設(shè)計(jì)進(jìn)行反饋迭代，達(dá)到飛行器管理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)目的。

在最后的物理實(shí)現(xiàn)階段，需要確定組件的硬件接口和連接關(guān)系，并根據(jù)性能要求確定組件參數(shù)。飛行器管理系統(tǒng)硬件接口包括供電接口、指令接口、數(shù)據(jù)接口、時(shí)間接口及通信接口等形式，硬件設(shè)計(jì)過程中針對(duì)硬件的具體電路形式、連接形式、冗余設(shè)計(jì)等具體內(nèi)容開展詳細(xì)設(shè)計(jì)，明確不同組件間的相互連接關(guān)系。為后續(xù)電纜網(wǎng)等硬件設(shè)計(jì)提供實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

2.1 總體方案

課題以SystemWeaver為開發(fā)平臺(tái)，以航天器飛行器管理系統(tǒng)為具體設(shè)計(jì)對(duì)象，利用MBSE思路開展正向設(shè)計(jì)，具體涉及的設(shè)計(jì)階段包括系統(tǒng)需求識(shí)別、功能定義、系統(tǒng)設(shè)計(jì)(邏輯原理設(shè)計(jì)、單機(jī)設(shè)計(jì))、電氣連接。

以系統(tǒng)設(shè)計(jì)層代表某個(gè)開發(fā)的項(xiàng)目，考慮到未來對(duì)“V”模式右半部分測(cè)試的擴(kuò)展性，因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)層下通過電子電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)層管理電子電氣系統(tǒng)開發(fā)過程，未來如果要將測(cè)試部分融入平臺(tái)時(shí)，將會(huì)有與電子電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)層平行的測(cè)試層。

按照需求-功能-系統(tǒng)-組件的平臺(tái)建設(shè)思路，結(jié)合SystemWeaver工具建模方式和設(shè)計(jì)分工，在電子電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)層下又分成以下幾個(gè)層級(jí)：

1)需求分析：定義系統(tǒng)需求；

2)功能定義：梳理系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，確定功能設(shè)計(jì)要求；

3)系統(tǒng)邏輯架構(gòu)：根據(jù)功能設(shè)計(jì)要求，確定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，具體分成兩層完成；

4)系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)：對(duì)功能進(jìn)行邏輯原理設(shè)計(jì)，確定功能實(shí)現(xiàn)方案；

5)系統(tǒng)邏輯實(shí)現(xiàn)：確定各個(gè)組件承擔(dān)的邏輯模塊，確定系統(tǒng)信號(hào)列表，完成總線設(shè)計(jì)

6)系統(tǒng)物理實(shí)現(xiàn)：定義組件的硬件Pin，定義Pin之間連接關(guān)系，完成電氣原理設(shè)計(jì)。

此外，在設(shè)計(jì)過程中，不同設(shè)計(jì)層次之間輸入輸出對(duì)象之間是存在關(guān)聯(lián)的。因此，協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)內(nèi)需要建立數(shù)據(jù)對(duì)象的關(guān)聯(lián)性，保證不同層次設(shè)計(jì)規(guī)范的關(guān)聯(lián)性。在SystemWeaver平臺(tái)內(nèi)，有兩種成熟的數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性創(chuàng)建方式，第一種方式是上層對(duì)象對(duì)下層對(duì)象的關(guān)聯(lián)，此關(guān)聯(lián)是將上層的設(shè)計(jì)產(chǎn)物份分配給下層，用于下層的后續(xù)開發(fā)，第二種方式是下層對(duì)象對(duì)上層對(duì)象的追溯，保證上層的設(shè)計(jì)要求都能被下層需求滿足，不會(huì)出現(xiàn)遺漏。

2.2 系統(tǒng)需求

需求分析層是系統(tǒng)設(shè)計(jì)最頂層的工作。設(shè)計(jì)師在分析、捕獲完系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求后，會(huì)按照系統(tǒng)需求實(shí)現(xiàn)的方式，在系統(tǒng)需求分析層下創(chuàng)建系統(tǒng)功能需求和系統(tǒng)性能需求來定義系統(tǒng)需求，對(duì)系統(tǒng)需求進(jìn)行條目化管理。

該部分實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需求的結(jié)構(gòu)化管理，可以與其他需求管理工具(如DOORS等)進(jìn)行數(shù)據(jù)的快速交互。結(jié)構(gòu)化需求管理可以對(duì)需求進(jìn)行快速捕獲和識(shí)別，對(duì)需求變化進(jìn)行快速響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)頂層需求的完整有效傳遞。

飛行器管理系統(tǒng)作為整器的頂層管理系統(tǒng)，與飛行器整體功能、任務(wù)密切相關(guān)，飛行器整器的任務(wù)需求決定了飛行器管理系統(tǒng)的頂層需求。以空間某類型飛行器為例，飛行器整器需求包括進(jìn)出空間、在軌長(zhǎng)期運(yùn)行、在軌有效載荷任務(wù)支持等，作為整器頂層管理系統(tǒng)的飛行器管理系統(tǒng)，從需求層面涵蓋時(shí)間管理、供配電管理、數(shù)據(jù)管理及勤務(wù)管理等方面需求，以滿足航天飛行器的長(zhǎng)期在軌運(yùn)行、時(shí)序管理、任務(wù)調(diào)度等方面的需求。

利用Systemweaver進(jìn)行飛行器管理系統(tǒng)需求創(chuàng)建及管理，作為項(xiàng)目工作的第一層級(jí)，針對(duì)每項(xiàng)需求定義其需求內(nèi)涵，向上同飛行器整器的需求建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)整器的頂層需求具備需求快速定義能力，向下同下游功能定義建立映射關(guān)系，在實(shí)際方案設(shè)計(jì)過程中可以根據(jù)具體需求的變化增加或減少需求條目，在增加或減少需求條目時(shí)同步增加或刪除與后續(xù)層級(jí)的關(guān)聯(lián)，達(dá)到至頂向下快速傳遞信息的目的。

2.3 功能定義

在SystemWeaver平臺(tái)中，系統(tǒng)需求定義完成之后，第二步驟工作是開展功能定義及分配。從系統(tǒng)需求到功能定義需要基于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)文件、類似型號(hào)的研制經(jīng)驗(yàn)等先驗(yàn)知識(shí)。以飛行器管理系統(tǒng)為例，在系統(tǒng)需求階段識(shí)別包括時(shí)間管理、供配電管理、數(shù)據(jù)管理及勤務(wù)管理、加解密管理等需求，針對(duì)這些需求結(jié)合相似系統(tǒng)研制經(jīng)驗(yàn)，定義時(shí)間基準(zhǔn)維護(hù)、配電管理、信息采集、遙測(cè)、遙控、電源管理、加解密管理等功能，在功能定義之上又可以定義不同的子功能，并通過SystemWeaver提供的層級(jí)間連接關(guān)系建立需求和功能之間的映射關(guān)系。

時(shí)間基準(zhǔn)管理要求飛行器管理系統(tǒng)提供穩(wěn)定的時(shí)間基準(zhǔn)，該時(shí)間基準(zhǔn)的穩(wěn)定度要求優(yōu)于一定量級(jí)，且具備與地面時(shí)間基準(zhǔn)比對(duì)的條件，時(shí)間基準(zhǔn)通過廣播等手段進(jìn)行發(fā)布，為飛行器上各系統(tǒng)提供統(tǒng)一時(shí)間參考，同時(shí)為滿足可靠性要求，設(shè)計(jì)時(shí)間基準(zhǔn)的冗余備份，提供主份時(shí)鐘故障情況下的應(yīng)急措施。供配電管理按為整器上用電設(shè)備提供能源輸出，根據(jù)飛行時(shí)序及任務(wù)管理需求，實(shí)現(xiàn)能源輸出的通斷管理，考慮負(fù)載的短路風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備增加熔斷措施，確保在發(fā)生故障時(shí)可以有效隔離故障，為保證供電可靠性，對(duì)于可控支路進(jìn)行保通和保斷設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)管理包括遙測(cè)數(shù)據(jù)管理和數(shù)傳數(shù)據(jù)管理，按照數(shù)據(jù)傳輸路徑，可以分為信息采集、組幀(包)、傳輸、校驗(yàn)、存儲(chǔ)等方面的需求，對(duì)有實(shí)時(shí)性需求的數(shù)據(jù)，需要考慮數(shù)據(jù)管理各個(gè)環(huán)節(jié)的最大允許時(shí)延，飛行器上另一大類數(shù)據(jù)包括視頻數(shù)據(jù)及載荷數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)傳輸容量較大，重點(diǎn)考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鱾€(gè)環(huán)節(jié)上的最大吞吐能力，兼顧瞬時(shí)數(shù)據(jù)容量。勤務(wù)管理針對(duì)器上主備份切換、關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、心跳管理、設(shè)備重啟等進(jìn)行統(tǒng)一管理，勤務(wù)管理設(shè)計(jì)的好壞直接決定飛行器各系統(tǒng)正常運(yùn)行的可靠性和容錯(cuò)性，勤務(wù)管理的設(shè)計(jì)既要保證關(guān)鍵功能的正常實(shí)現(xiàn)，同時(shí)不能過多占用器上資源。加解密管理是為器上數(shù)據(jù)、指令安全設(shè)計(jì)的相關(guān)軟硬件功能，包括遙控指令解密、遙測(cè)及數(shù)傳數(shù)據(jù)加密功能，加解密方案設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)協(xié)議設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上明確加解密區(qū)域以及密鑰管理方案。

當(dāng)功能需求分配到功能后，功能設(shè)計(jì)人員需要將功能需求內(nèi)容分解成各個(gè)功能點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求。對(duì)于每個(gè)功能點(diǎn)的設(shè)計(jì)需求，對(duì)頂層功能需求進(jìn)行追溯及握手，保證功能開發(fā)的需求符合性，此后，應(yīng)將功能需求分解到具體系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)區(qū)域中，進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)方案的設(shè)計(jì)。

2.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)系統(tǒng)定義的各項(xiàng)功能點(diǎn)，根據(jù)分解后的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)。確定滿足功能所需要邏輯組件模塊、傳感器邏輯模塊和執(zhí)行器邏輯組件，以及這些模塊之間或者功能設(shè)計(jì)區(qū)域間傳遞的信號(hào)(輸入輸出)關(guān)系。

對(duì)于傳遞的每個(gè)信號(hào)，確定信號(hào)類型，并在模塊下面創(chuàng)建設(shè)計(jì)要求，定義信號(hào)控制邏輯。在SystemWeaver中，可以在設(shè)計(jì)要求描述中，建立對(duì)信號(hào)的鏈接，保證信號(hào)的一致性。模塊設(shè)計(jì)要求會(huì)與系統(tǒng)功能要求進(jìn)行追溯，保證功能要求都能被設(shè)計(jì)滿足。

基于時(shí)間管理功能定義，考慮時(shí)間基準(zhǔn)維護(hù)、廣播、比對(duì)等需求，一種可行的時(shí)間管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖2所示，時(shí)間管理系統(tǒng)以總線形式構(gòu)成硬件架構(gòu)，通過總線上協(xié)議約定不同終端之間的時(shí)間同步機(jī)制。飛行器管理系統(tǒng)的主備份鐘為高穩(wěn)定度的時(shí)鐘系統(tǒng)，穩(wěn)定度優(yōu)于10-9，通過地面遙控或者器上GPS授時(shí)方式建立器上絕對(duì)時(shí)間基準(zhǔn)，飛行器管理系統(tǒng)通過總線形式向控制系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、電源等系統(tǒng)廣播時(shí)間信息，各系統(tǒng)根據(jù)自身需求周期性獲取廣播時(shí)間，以此維護(hù)。通過該方式建立起整器的時(shí)間基準(zhǔn)，從而保證整器時(shí)序邏輯的正確性。

基于整器配電管理功能定義，進(jìn)行配電管理功能設(shè)計(jì)，考慮因素包括配電路數(shù)分配、配電形式確定(直供電/可控支路)、可控支路的通斷控制電路形式、配電支路可靠性設(shè)計(jì)、配電器接地設(shè)計(jì)等內(nèi)容。配電路數(shù)分配要求根據(jù)整器的用電需求進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，明確全部供電支路的用電特性、功耗、關(guān)鍵特性等內(nèi)容，針對(duì)長(zhǎng)期工作的關(guān)鍵設(shè)備，考慮采用直供電形式，降低斷電風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)可控配電支路，對(duì)開關(guān)電路形式的選擇是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要求，包括繼電器控制電路、MOS管控制電路及SSPC控制電路等，具體電路形式需結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況最終明確。在控制電路設(shè)計(jì)過程中，綜合考慮元器件的降額等因素，降額參數(shù)包括電壓、電流、結(jié)溫等參數(shù)。配電器接地要求結(jié)合整器接地形式考慮采用浮地、柔性接地及接地等方式。

整器的數(shù)據(jù)包括遙測(cè)數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、數(shù)傳數(shù)據(jù)等。遙測(cè)數(shù)據(jù)體現(xiàn)器上設(shè)備的關(guān)鍵特性，要求考慮實(shí)時(shí)性、容錯(cuò)性等要求；視頻數(shù)據(jù)用于監(jiān)測(cè)飛行器在軌運(yùn)行過程中關(guān)鍵動(dòng)作過程，要求考慮視頻分辨率等因素；數(shù)傳數(shù)據(jù)一般為載荷等設(shè)備提供大容量事后分析數(shù)據(jù)，考慮數(shù)據(jù)的覆蓋性等因素。在數(shù)據(jù)管理功能設(shè)計(jì)過程中針對(duì)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)封裝、數(shù)據(jù)傳輸、校驗(yàn)及存儲(chǔ)等進(jìn)行分別設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集重點(diǎn)考慮傳感器配置，數(shù)據(jù)封裝考慮統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式形式，兼顧通用性及可擴(kuò)展性，數(shù)據(jù)傳輸考慮傳輸硬件形式、傳輸過程中的握手形式等因素，校驗(yàn)確保經(jīng)傳輸后數(shù)據(jù)的正確性。

勤務(wù)管理為飛行器提供內(nèi)務(wù)管理的一般性服務(wù)，包括針對(duì)冗余設(shè)備的主備切換管理，關(guān)鍵設(shè)備的心跳管理等，勤務(wù)管理要求在消耗有限資源的情況下，準(zhǔn)確可靠地實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。

加解密功能可以設(shè)計(jì)單獨(dú)的加解密單機(jī)，也可以將加解密功能集成到單機(jī)內(nèi)部，設(shè)計(jì)加解密功能模塊的輸入輸出信號(hào)，加解密模塊的資源分配要滿足最大數(shù)據(jù)吞吐量的需求。

2.5 電氣連接

在電子電氣系統(tǒng)中，某個(gè)具體功能的原理設(shè)計(jì)最終通過組件軟件和硬件來實(shí)現(xiàn)。SystemWeaver中可以定義組件邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)，并且能統(tǒng)計(jì)出系統(tǒng)間的信號(hào)列表，用于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

在系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)完成后，下一步是將設(shè)計(jì)好的邏輯模塊分配到對(duì)應(yīng)的組件中，由組件承接此部分的設(shè)計(jì)內(nèi)容，不同的組件對(duì)應(yīng)不同的硬件設(shè)備，構(gòu)成組成單機(jī)的基本要素。

考慮到設(shè)計(jì)過程的備份問題，在創(chuàng)建組件時(shí)，引入了組件系統(tǒng)的概念對(duì)不同備份的組件邏輯模塊進(jìn)行管理，在統(tǒng)計(jì)時(shí)，同一類組建邏輯模塊的下的不同實(shí)例不會(huì)互相影響檢查結(jié)果，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。當(dāng)設(shè)計(jì)師完成一個(gè)組件模塊設(shè)計(jì)后，如果這個(gè)組件要備份，可以通過克隆的方式創(chuàng)建需要備份的組件。

當(dāng)邏輯模塊分配完成后，即可確定組件之間和組件內(nèi)部的信號(hào)傳遞關(guān)系。設(shè)計(jì)師可以在SystemWeaver 看到組件之間和內(nèi)部信號(hào)傳遞關(guān)系。

SystemWeaver內(nèi)可以定義系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定系統(tǒng)中需要的總線類型、數(shù)量，每個(gè)總線上的節(jié)點(diǎn)，得到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

在組件電氣設(shè)計(jì)完成后，將組件的邏輯設(shè)計(jì)內(nèi)容和硬件設(shè)計(jì)內(nèi)容關(guān)聯(lián)，形成組件的設(shè)計(jì)任務(wù)書，從協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)中導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)任務(wù)書傳遞給組件開發(fā)院所。

在飛行器管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，將時(shí)間管理、配電管理、數(shù)據(jù)管理及勤務(wù)管理等功能具體對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的飛行器管理計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程終端等設(shè)備上，飛行器管理計(jì)算機(jī)和不同的遠(yuǎn)程終端設(shè)備之間具備不同形式的連接，包括指令連接、遙測(cè)采集連接、供電連接、總線連接等形式。利用Systemweaver提供的電氣連接工具將不同的單機(jī)/設(shè)備之間的接口建立物理連接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)整器物理拓?fù)潢P(guān)系。通過電氣連接實(shí)現(xiàn)從最初的需求分析到物理實(shí)現(xiàn)的基本過程，整個(gè)過程通過上下層之間的映射關(guān)系建立聯(lián)動(dòng)，頂層需求的變化可以及時(shí)、快速傳遞至到物理實(shí)現(xiàn)層，達(dá)到快速設(shè)計(jì)的目的。

通過Systemeaver進(jìn)行電氣連接設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮電纜選型、電纜走向及成束等因素，電纜選型主要考慮電纜的電流承載能力、絕緣層防護(hù)、屏蔽防護(hù)等因素，在實(shí)現(xiàn)電氣連接的基礎(chǔ)上盡量減少電纜重量。針對(duì)關(guān)鍵信號(hào)要求考慮雙絕緣防護(hù)設(shè)計(jì)。電纜成束主要考慮不同種類電纜之間的電磁兼容問題，大電流電纜要求具備較好的散熱能力，避免接近器上熱源，微弱信號(hào)電纜避免和強(qiáng)電電纜集成在一束里面，避免發(fā)生信號(hào)干擾問題。

基于Systemeaver實(shí)現(xiàn)的電氣連接可以導(dǎo)出通過其他工程軟件開展進(jìn)一步設(shè)計(jì)。例如通過CHS進(jìn)行電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)，最終輸出電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)圖紙，達(dá)到一體化設(shè)計(jì)目的。同樣將Systemeaver實(shí)現(xiàn)的電氣連接導(dǎo)出通過OMNeT++進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)特性仿真分析，得到總線負(fù)載等特性。

3 結(jié)束語

MBSE是在數(shù)字化大背景下應(yīng)運(yùn)而生的一種新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，從需求分析、功能定義、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及電氣連接環(huán)節(jié)建立完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，通過映射方法建立不同層級(jí)之間的緊密耦合關(guān)系，達(dá)到系統(tǒng)需求到物理實(shí)現(xiàn)的信息快速傳遞，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案的快速優(yōu)化和迭代。

飛行器管理系統(tǒng)是航天器的能源、信息及控制中樞系統(tǒng)，飛行器管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求輸入多源，可選方案眾多，且設(shè)計(jì)輸入隨研制的推進(jìn)變化較為頻繁，傳統(tǒng)的基于文檔的設(shè)計(jì)方法在應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)輸入變化時(shí)反應(yīng)滯后，且在信息傳遞過程中容易出現(xiàn)信息誤碼，將MBSE技術(shù)應(yīng)用于航天器飛行器管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過模型進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在輸入變化時(shí)設(shè)計(jì)模型驅(qū)動(dòng)整個(gè)設(shè)計(jì)流程的相關(guān)環(huán)節(jié)作出對(duì)應(yīng)變化，達(dá)到系統(tǒng)閉環(huán)目的，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案的快速迭代和優(yōu)化。