电磁场有限元仿真软件在电磁设计和分析中至关重要。然而商业软件价格高昂且功能冗余,同时随着人工智能(AI)的发展,深度学习与传统数值模拟的结合提升了仿真精度和效率。为此,亟须开发自主可控、轻量化、面向企业定制的智能仿真软件。...电磁场有限元仿真软件在电磁设计和分析中至关重要。然而商业软件价格高昂且功能冗余,同时随着人工智能(AI)的发展,深度学习与传统数值模拟的结合提升了仿真精度和效率。为此,亟须开发自主可控、轻量化、面向企业定制的智能仿真软件。该文首先提出了双向耦合的设计方法,使仿真软件能适应复杂需求。然后,基于模型系统工程(MBSE)方法,建立四个层级的电磁场有限元仿真软件的架构设计流程,并完成软件的建模,实现了系统结构和行为的定义和可视化。最后,基于Python开发了集成AI的软件原型IFEM,并通过两个实际案例验证了其功能和准确性。研究成果提高了软件开发的质量、效率和知识传承能力,为数值模拟工业软件在AI for Science背景下的AI集成提供了有效思路。展开更多
针对复杂系统设计过程缺乏早期可靠性评估的问题,提出一种基于模型的系统工程方法支持复杂系统的设计及可靠性评估。结合复杂系统的研发特点,提出一种基于“使命、运行、功能、逻辑、物理、可靠性”的基于模型的系统工程(model-based sy...针对复杂系统设计过程缺乏早期可靠性评估的问题,提出一种基于模型的系统工程方法支持复杂系统的设计及可靠性评估。结合复杂系统的研发特点,提出一种基于“使命、运行、功能、逻辑、物理、可靠性”的基于模型的系统工程(model-based systems engineering, MBSE)建模方法,支持复杂系统设计和可靠性评估;利用基于“图、对象、属性、点、关系、角色”的系统建模语言KARMA对上述过程进行统一表达;通过KARMA的代码生成功能实现图模型到计算模型的映射,完成复杂系统可靠性的评估;将方法应用于液压系统案例,结果表明所提方法对于复杂系统设计和评估具备有效性。展开更多
在传统基于文本的危化品车辆监控预警系统设计开发过程中,存在设计过程缺失、表意不清、模块化和扩展性低、无法进行回溯与仿真验证等问题。为提高危化品车辆监控预警系统的设计质量和效率,在概念设计阶段引入基于模型的系统工程(model-...在传统基于文本的危化品车辆监控预警系统设计开发过程中,存在设计过程缺失、表意不清、模块化和扩展性低、无法进行回溯与仿真验证等问题。为提高危化品车辆监控预警系统的设计质量和效率,在概念设计阶段引入基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE),提出危化品车辆监控预警系统设计流程。该流程将交互关系和约束关系贯穿于各阶段中,以系统需求为核心,明确系统参数的构建步骤和脉络,建立涵盖行为、结构和参数的系统模型。经验证,该模型可实现“需求行为结构参数”4个维度的紧密结合,加强对危化品车辆的监控预警和对应急事件的准备。展开更多
水面无人艇是海上有人/无人协同作战体系中重要的一环,对装备的保障性、可维修性要求较高,因此亟需建立与其装备体系相匹配的装备保障体系。为解决水面无人艇的保障体系设计问题,应用基于模型的系统工程(Model Based System Engineering...水面无人艇是海上有人/无人协同作战体系中重要的一环,对装备的保障性、可维修性要求较高,因此亟需建立与其装备体系相匹配的装备保障体系。为解决水面无人艇的保障体系设计问题,应用基于模型的系统工程(Model Based System Engineering,MBSE)方法,面向典型应用场景构建水面无人艇装备保障体系的多视图模型,并给出水面无人艇装备保障体系在仿真推演过程中的关键要素和基本流程,初步构建可靠性-能力-效能综合评估指标体系,实现了“作战任务-保障任务-保障能力需求-保障体系结构”的闭环验证,为水面无人艇装备体系和装备保障体系的协同设计和高效运用提供参考。展开更多
基于IEEE及国际系统工程协会(International Council on Systems Engineering,INCOSE)社区会刊,提取与基于模型的系统工程(model based systems engineering,MBSE)领域相关的167篇顶刊的关键词和摘要。采用Python及其第三方库WordCloud...基于IEEE及国际系统工程协会(International Council on Systems Engineering,INCOSE)社区会刊,提取与基于模型的系统工程(model based systems engineering,MBSE)领域相关的167篇顶刊的关键词和摘要。采用Python及其第三方库WordCloud技术,以可视化形式展示MBSE领域研究内容并对MBSE发展态势进行研究。研究结果表明,MBSE在产品研发全生命周期,应用建模技术来支持系统需求、设计、分析、验证与确认等活动,在系统架构设计方面具有重要作用,将MBSE与安全性分析、可靠性分析方法结合也是MBSE的重要研究内容;系统建模语言(system modeling language,SysML)和对象过程方法(object process method,OPM)分别是目前MBSE研究领域中最受欢迎的建模语言和建模方法;将MBSE方法与本体进行结合是规范MBSE模型表达的重要手段,将MBSE与信息物理系统、数字孪生、并行工程领域进行融合研究是MBSE的重要发展方向。所提研究为使用WordCloud文本分析技术来探索当前的MBSE研究提供了技术路线参考,有助于对MBSE的未来发展态势进行预测。展开更多
针对民用直升机显控系统需求难以追溯、交互设计缺陷难以洞察以及早期系统设计验证难以实现等问题,提出基于MBSE(model-based system engineering)和VAPS的民用直升机显控系统设计与验证方法。捕获利益攸关者需求形成系统需求,将系统需...针对民用直升机显控系统需求难以追溯、交互设计缺陷难以洞察以及早期系统设计验证难以实现等问题,提出基于MBSE(model-based system engineering)和VAPS的民用直升机显控系统设计与验证方法。捕获利益攸关者需求形成系统需求,将系统需求分配给系统用例;构建黑盒活动图、顺序图自顶向下开展“需求–功能分析”描述显控系统级功能流,建立可运行的黑盒状态机验证功能逻辑设计的合理性;在黑盒功能架构的基础上进一步划分以构建显控系统架构,通过与飞行员交流迭代优化分配方案,将黑盒活动图中的活动分配到各显控子系统中实现功能向下传递,保证系统设计过程的连贯性。基于人机界面设计工具VAPS开发飞行员操作程序,验证了基于MBSE设计的显控系统需求、功能、逻辑的一致性和架构的合理性,实现了需求设计到验证的完全覆盖。展开更多
为进一步提高载人航天器在轨物资补给任务的设计效率,同时更好地应对任务变更与调整,通过基于模型的系统工程(model based systems engineering,MBSE)方法,建立顶层任务、物资补给需求、航天器型谱运输能力、运输成本等多维度元素之间...为进一步提高载人航天器在轨物资补给任务的设计效率,同时更好地应对任务变更与调整,通过基于模型的系统工程(model based systems engineering,MBSE)方法,建立顶层任务、物资补给需求、航天器型谱运输能力、运输成本等多维度元素之间的关联,开展在轨物资补给任务设计的方法研究,引入运输成本指标进行多目标权衡,可快速得到既满足任务需求又经济的在轨物资补给任务安排方案。通过应用MBSE方法进行总体分析与设计,验证了基于模型的方式易于进行关联性和影响域分析,有效提升设计效率,为深空探测、航空等领域运输任务安排提供参考,为后续探索载人航天总体任务数字化设计奠定基础。展开更多
针对未来月球探测任务中探测器系统使用需求和综合设计难点,为有效解决各型探测器使用兼容、网络通联、维护保障等问题,以基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)正向设计为指导,结合互操作性设计思想,提出基于“场...针对未来月球探测任务中探测器系统使用需求和综合设计难点,为有效解决各型探测器使用兼容、网络通联、维护保障等问题,以基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)正向设计为指导,结合互操作性设计思想,提出基于“场景分析-需求分析-功能与架构分析-架构设计”的系统架构开发流程。以典型任务场景下探测器系统互操作能力需求为输入,构建关键功能约束下的系统用例、活动、时序、状态等视图模型,通过权衡分析,形成探测器最小单元物理架构,为多种构型探测器架构和功能配置设计提供可行性方法,提升系统开发和验证效率。展开更多
针对传统基于文档的系统工程方法在高复杂度卫星互联网仿真平台开发中存在的系统设计协调性差及早期仿真验证不足等问题,提出采用基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)方法开展卫星互联网仿真平台架构建模。首先,...针对传统基于文档的系统工程方法在高复杂度卫星互联网仿真平台开发中存在的系统设计协调性差及早期仿真验证不足等问题,提出采用基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)方法开展卫星互联网仿真平台架构建模。首先,提出基于MBSE的双V模型(dual V model based on MBSE,DVMBSE)及与外部软件集成验证架构;然后,基于MBSE方法论对卫星互联网仿真平台顶层架构开展需求分析、功能分解及交互结构建模;最后,通过运行逻辑验证与外部模型集成验证实现了模型的有效性验证,从而支撑卫星互联网设计论证。展开更多
文摘电磁场有限元仿真软件在电磁设计和分析中至关重要。然而商业软件价格高昂且功能冗余,同时随着人工智能(AI)的发展,深度学习与传统数值模拟的结合提升了仿真精度和效率。为此,亟须开发自主可控、轻量化、面向企业定制的智能仿真软件。该文首先提出了双向耦合的设计方法,使仿真软件能适应复杂需求。然后,基于模型系统工程(MBSE)方法,建立四个层级的电磁场有限元仿真软件的架构设计流程,并完成软件的建模,实现了系统结构和行为的定义和可视化。最后,基于Python开发了集成AI的软件原型IFEM,并通过两个实际案例验证了其功能和准确性。研究成果提高了软件开发的质量、效率和知识传承能力,为数值模拟工业软件在AI for Science背景下的AI集成提供了有效思路。
文摘针对复杂系统设计过程缺乏早期可靠性评估的问题,提出一种基于模型的系统工程方法支持复杂系统的设计及可靠性评估。结合复杂系统的研发特点,提出一种基于“使命、运行、功能、逻辑、物理、可靠性”的基于模型的系统工程(model-based systems engineering, MBSE)建模方法,支持复杂系统设计和可靠性评估;利用基于“图、对象、属性、点、关系、角色”的系统建模语言KARMA对上述过程进行统一表达;通过KARMA的代码生成功能实现图模型到计算模型的映射,完成复杂系统可靠性的评估;将方法应用于液压系统案例,结果表明所提方法对于复杂系统设计和评估具备有效性。
文摘在传统基于文本的危化品车辆监控预警系统设计开发过程中,存在设计过程缺失、表意不清、模块化和扩展性低、无法进行回溯与仿真验证等问题。为提高危化品车辆监控预警系统的设计质量和效率,在概念设计阶段引入基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE),提出危化品车辆监控预警系统设计流程。该流程将交互关系和约束关系贯穿于各阶段中,以系统需求为核心,明确系统参数的构建步骤和脉络,建立涵盖行为、结构和参数的系统模型。经验证,该模型可实现“需求行为结构参数”4个维度的紧密结合,加强对危化品车辆的监控预警和对应急事件的准备。
文摘水面无人艇是海上有人/无人协同作战体系中重要的一环,对装备的保障性、可维修性要求较高,因此亟需建立与其装备体系相匹配的装备保障体系。为解决水面无人艇的保障体系设计问题,应用基于模型的系统工程(Model Based System Engineering,MBSE)方法,面向典型应用场景构建水面无人艇装备保障体系的多视图模型,并给出水面无人艇装备保障体系在仿真推演过程中的关键要素和基本流程,初步构建可靠性-能力-效能综合评估指标体系,实现了“作战任务-保障任务-保障能力需求-保障体系结构”的闭环验证,为水面无人艇装备体系和装备保障体系的协同设计和高效运用提供参考。
文摘基于IEEE及国际系统工程协会(International Council on Systems Engineering,INCOSE)社区会刊,提取与基于模型的系统工程(model based systems engineering,MBSE)领域相关的167篇顶刊的关键词和摘要。采用Python及其第三方库WordCloud技术,以可视化形式展示MBSE领域研究内容并对MBSE发展态势进行研究。研究结果表明,MBSE在产品研发全生命周期,应用建模技术来支持系统需求、设计、分析、验证与确认等活动,在系统架构设计方面具有重要作用,将MBSE与安全性分析、可靠性分析方法结合也是MBSE的重要研究内容;系统建模语言(system modeling language,SysML)和对象过程方法(object process method,OPM)分别是目前MBSE研究领域中最受欢迎的建模语言和建模方法;将MBSE方法与本体进行结合是规范MBSE模型表达的重要手段,将MBSE与信息物理系统、数字孪生、并行工程领域进行融合研究是MBSE的重要发展方向。所提研究为使用WordCloud文本分析技术来探索当前的MBSE研究提供了技术路线参考,有助于对MBSE的未来发展态势进行预测。
文摘针对民用直升机显控系统需求难以追溯、交互设计缺陷难以洞察以及早期系统设计验证难以实现等问题,提出基于MBSE(model-based system engineering)和VAPS的民用直升机显控系统设计与验证方法。捕获利益攸关者需求形成系统需求,将系统需求分配给系统用例;构建黑盒活动图、顺序图自顶向下开展“需求–功能分析”描述显控系统级功能流,建立可运行的黑盒状态机验证功能逻辑设计的合理性;在黑盒功能架构的基础上进一步划分以构建显控系统架构,通过与飞行员交流迭代优化分配方案,将黑盒活动图中的活动分配到各显控子系统中实现功能向下传递,保证系统设计过程的连贯性。基于人机界面设计工具VAPS开发飞行员操作程序,验证了基于MBSE设计的显控系统需求、功能、逻辑的一致性和架构的合理性,实现了需求设计到验证的完全覆盖。
文摘为进一步提高载人航天器在轨物资补给任务的设计效率,同时更好地应对任务变更与调整,通过基于模型的系统工程(model based systems engineering,MBSE)方法,建立顶层任务、物资补给需求、航天器型谱运输能力、运输成本等多维度元素之间的关联,开展在轨物资补给任务设计的方法研究,引入运输成本指标进行多目标权衡,可快速得到既满足任务需求又经济的在轨物资补给任务安排方案。通过应用MBSE方法进行总体分析与设计,验证了基于模型的方式易于进行关联性和影响域分析,有效提升设计效率,为深空探测、航空等领域运输任务安排提供参考,为后续探索载人航天总体任务数字化设计奠定基础。
文摘针对未来月球探测任务中探测器系统使用需求和综合设计难点,为有效解决各型探测器使用兼容、网络通联、维护保障等问题,以基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)正向设计为指导,结合互操作性设计思想,提出基于“场景分析-需求分析-功能与架构分析-架构设计”的系统架构开发流程。以典型任务场景下探测器系统互操作能力需求为输入,构建关键功能约束下的系统用例、活动、时序、状态等视图模型,通过权衡分析,形成探测器最小单元物理架构,为多种构型探测器架构和功能配置设计提供可行性方法,提升系统开发和验证效率。
文摘针对传统基于文档的系统工程方法在高复杂度卫星互联网仿真平台开发中存在的系统设计协调性差及早期仿真验证不足等问题,提出采用基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)方法开展卫星互联网仿真平台架构建模。首先,提出基于MBSE的双V模型(dual V model based on MBSE,DVMBSE)及与外部软件集成验证架构;然后,基于MBSE方法论对卫星互联网仿真平台顶层架构开展需求分析、功能分解及交互结构建模;最后,通过运行逻辑验证与外部模型集成验证实现了模型的有效性验证,从而支撑卫星互联网设计论证。
