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
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
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
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
基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)已被广泛应用于复杂系统设计之中。通过构建功能、行为和结构之间的关系,提出一种基于MBSE的多层级递进式架构设计流程。随后,以高度控制需求为导向,对民机飞行控制系统进行...基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)已被广泛应用于复杂系统设计之中。通过构建功能、行为和结构之间的关系,提出一种基于MBSE的多层级递进式架构设计流程。随后,以高度控制需求为导向,对民机飞行控制系统进行了示例化建模。结果表明,基于MBSE的民机飞行控制系统多层级递进式架构设计能够充分发挥数字模型可重用的优势,保证需求与功能、逻辑和物理架构的紧密结合,提高系统设计的可追溯性,可为后续领域层阶段模型设计提架构参考。展开更多
卫星的能源分系统设计和验证是卫星设计的关键环节。能源分系统具有高安全和高可靠的要求,其设计过程与卫星轨道、光照、工作模式等多重因素耦合,同时需要与机械、热、供电、控制等多学科关联设计。为快速、便捷、全面实现复杂系统的设...卫星的能源分系统设计和验证是卫星设计的关键环节。能源分系统具有高安全和高可靠的要求,其设计过程与卫星轨道、光照、工作模式等多重因素耦合,同时需要与机械、热、供电、控制等多学科关联设计。为快速、便捷、全面实现复杂系统的设计和仿真,提出基于模型的系统工程(model-based system engineering,MBSE)方法,通过模型实现能源分系统多耦合、多产品、高安全系统的显式一体化表达,围绕需求展开多个功能点和性能点的设计、验证与优化。结果表明,所提方法构建的设计验证一体能源设计模型可对系统需求做精细化分析,进而进行功能和结构设计,实现和优化系统性能指标设计,并完成对需求的闭环和验证,在工程中具有高效、明确的应用价值。展开更多
Model-based system-of-systems(SOS)engineering(MBSoSE)is becoming a promising solution for the design of SoS with increasing complexity.However,bridging the models from the design phase to the simulation phase poses si...Model-based system-of-systems(SOS)engineering(MBSoSE)is becoming a promising solution for the design of SoS with increasing complexity.However,bridging the models from the design phase to the simulation phase poses significant challenges and requires an integrated approach.In this study,a unified requirement modeling approach is proposed based on unified architecture framework(UAF).Theoretical models are proposed which compose formalized descriptions from both topdown and bottom-up perspectives.Based on the description,the UAF profile is proposed to represent the SoS mission and constituent systems(CS)goal.Moreover,the agent-based simulation information is also described based on the overview,design concepts,and details(ODD)protocol as the complement part of the SoS profile,which can be transformed into different simulation platforms based on the eXtensible markup language(XML)technology and model-to-text method.In this way,the design of the SoS is simulated automatically in the early design stage.Finally,the method is implemented and an example is given to illustrate the whole process.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。
文摘基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)已被广泛应用于复杂系统设计之中。通过构建功能、行为和结构之间的关系,提出一种基于MBSE的多层级递进式架构设计流程。随后,以高度控制需求为导向,对民机飞行控制系统进行了示例化建模。结果表明,基于MBSE的民机飞行控制系统多层级递进式架构设计能够充分发挥数字模型可重用的优势,保证需求与功能、逻辑和物理架构的紧密结合,提高系统设计的可追溯性,可为后续领域层阶段模型设计提架构参考。
文摘卫星的能源分系统设计和验证是卫星设计的关键环节。能源分系统具有高安全和高可靠的要求,其设计过程与卫星轨道、光照、工作模式等多重因素耦合,同时需要与机械、热、供电、控制等多学科关联设计。为快速、便捷、全面实现复杂系统的设计和仿真,提出基于模型的系统工程(model-based system engineering,MBSE)方法,通过模型实现能源分系统多耦合、多产品、高安全系统的显式一体化表达,围绕需求展开多个功能点和性能点的设计、验证与优化。结果表明,所提方法构建的设计验证一体能源设计模型可对系统需求做精细化分析,进而进行功能和结构设计,实现和优化系统性能指标设计,并完成对需求的闭环和验证,在工程中具有高效、明确的应用价值。
基金Fifth Electronic Research Institute of the Ministry of Industry and Information Technology(HK07202200877)Pre-research Project on Civil Aerospace Technologies of CNSA(D020101)+2 种基金Zhejiang Provincial Science and Technology Plan Project(2022C01052)Frontier Scientific Research Program of Deep Space Exploration Laboratory(2022-QYKYJHHXYF-018,2022-QYKYJH-GCXD-001)Zhiyuan Laboratory(ZYL2024001)。
文摘Model-based system-of-systems(SOS)engineering(MBSoSE)is becoming a promising solution for the design of SoS with increasing complexity.However,bridging the models from the design phase to the simulation phase poses significant challenges and requires an integrated approach.In this study,a unified requirement modeling approach is proposed based on unified architecture framework(UAF).Theoretical models are proposed which compose formalized descriptions from both topdown and bottom-up perspectives.Based on the description,the UAF profile is proposed to represent the SoS mission and constituent systems(CS)goal.Moreover,the agent-based simulation information is also described based on the overview,design concepts,and details(ODD)protocol as the complement part of the SoS profile,which can be transformed into different simulation platforms based on the eXtensible markup language(XML)technology and model-to-text method.In this way,the design of the SoS is simulated automatically in the early design stage.Finally,the method is implemented and an example is given to illustrate the whole process.
