一种基于MBSE的复杂产品数字样机建模方法技术

本发明专利技术涉及一种基于MBSE的复杂产品数字样机建模方法，包括步骤S1：定义基于MBSE的复杂产品定制设计流程，根据复杂产品定制设计流程与MBSE设计流程将所述复杂产品定制设计流程划分为需求分析、方案设计、详细设计三个阶段；步骤S2：在所述需求分析阶段，收集利益相关者需求，通过需求映射将需求转换为技术指标，并对需求进行分类；步骤S3：在所述方案设计阶段，基于需求分析阶段的输出结果，使用配置过程模型、配置规则完成功能单元、技术单元的配置选型；步骤S4：在详细设计阶段，基于方案设计的输出结果，以模块级为对象，对模块参数进行配置，完成实例模块的配置选型；其中，实例模块表示具有具体参数的技术单元。本发明专利技术解决了企业在复杂产品定制过程中存在的需求表达存在模糊性、需求

【技术实现步骤摘要】
一种基于MBSE的复杂产品数字样机建模方法


[0001]本专利技术涉及复杂产品设计领域，具体涉及一种基于MBSE的复杂产品数字样机建模方法。

技术介绍

[0002]为使复杂产品满足多样性需求，满足复杂运行环境、服役演变以及客户个性化需求的同时，提高研发效率且降低研发成本。企业广泛采用配置设计的方法进行复杂产品定制设计。定制设计是一种在客户个性化需求驱动下，快速生成定制化产品的方法。定制设计解决了企业在复杂产品设计过程中存在的知识重用率低，效率低，周期长以及难以满足多样性、个性化的客户需求的问题。
[0003]定制设计过程中，定制化产品信息以工程文件、BOM(Bill ofMaterial)等文本文档进行数据管理，并没有走出传统的基于文档的系统工程的范畴，带来了诸多不便：1)通过文档来进行需求等数据的管理，由于自然语言的模糊性，容易造成二义性且可读性差；2)文本描述的需求、功能、结构，参数间无法产生追溯和关联关系。

技术实现思路

[0004]为了解决企业在复杂产品定制过程中需求表达存在模糊性、需求
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功能
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结构
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配置参数之间缺乏有效追溯机制等问题。本专利技术提供了以下技术方案：
[0005]一种基于MBSE的复杂产品数字样机建模方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1：定义基于MBSE的复杂产品定制设计流程，根据复杂产品定制设计流程与MBSE设计流程将所述复杂产品定制设计流程划分为需求分析、方案设计、详细设计三个阶段；<br/>[0007]步骤S2：在所述需求分析阶段，收集利益相关者需求，通过需求映射将需求转换为技术指标，并对需求进行分类；
[0008]步骤S3：在所述方案设计阶段，基于需求分析阶段的输出结果，使用配置过程模型、配置规则完成功能单元、技术单元的配置选型；
[0009]步骤S4：在所述详细设计阶段，基于方案设计的输出结果，以模块级为对象，对模块参数进行配置，完成实例模块的配置选型；其中，实例模块表示具有具体参数的技术单元。
[0010]优选地，所述步骤S2具体包括：
[0011]步骤S21：通过市场调研、数据分析以及查阅标书和相关法规文件来获取利益相关者的需求；
[0012]步骤S22：将步骤S21中收集到的利益相关者需求使用CSV文件格式保存并导入SysML建模软件中转化为需求图，并在需求图中，根据专家经验以及查阅相关资料对获取的利益相关者的需求中具有模糊性的需求进行准确表达以消除不确定性；
[0013]步骤S23：构建利益相关者需求的质量屋，根据专家经验将步骤S22中表达的需求
映射为技术指标，并使用模块定义图中的约束块管理技术指标，形成技术指标约束块，实现需求与技术指标间的关联；
[0014]步骤S24：采用需求图和模块定义图进行交互来完成需求分类，包括根据专家经验将利益相关者需求分为功能需求、非功能需求和设计约束，并用SysML构造性扩展机制分别扩展与上述三类需求对应的需求；将技术指标约束块插入需求图中，通过改善《refine》关系表示技术指标和需求之间的映射关联关系。
[0015]优选地，所述步骤S3具体包括：
[0016]步骤S31：根据用例图和需求图进行交互来完成功能分解，包括根据需求分析阶段得到的功能需求并结合复杂产品实际使用情况创建用例，说明系统提供的功能、需要服务的利益相关者的信息；根据专家经验对复杂产品提出的功能需求进行分解，并将功能用例分解为子用例；将需求图插入用例图中，通过改善《refine》关系建立需求
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功能间的追溯关联关系；同时根据专家经验，使用活动图对功能用例进行功能分析，并将分析结果储存在动态行为逻辑包内，方便后续调用；
[0017]步骤S32：使用配置过程模型进行功能与技术单元映射，包括F
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P映射和技术单元配置；所述F
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P映射包括：输入系统功能与技术指标，通过调用步骤S31中生成的动态行为逻辑对系统功能进行功能分析，输出功能单元和模糊技术单元，即不确定具体型式的技术单元；所述技术单元配置包括：在确定模糊技术单元以后，对输入的技术指标执行技术单元配置规则后，输出确定型式的技术单元；对输出的确定型式的技术单元执行内部配置规则，当出现经过F
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P映射以及技术单元配置后不存在于当前配置方案中的新技术单元时，继续执行该技术单元内部配置规则，直至没有不存在于当前配置方案的技术单元产生，最后生成功能单元、技术单元配置方案；
[0018]步骤S33：利用内部模块图对步骤S32中获得的确定型式的技术单元的接口进行设计；根据生成的动态行为逻辑分析技术单元内部模块之间的交互关系，得到内部模块间的接口关系，利用内部模块图对接口关系进行表达，所述接口包括流口《flowPort》、普通端口，其中流口《flowPort》表示信号或能量的传输，普通端口表示结构上的连接关系；在确定各模块间接口匹配后进行物理架构设计，否则重新设计；
[0019]步骤S34：根据功能单元、技术单元的配置方案和接口设计方案，利用模块定义图与需求图对复杂产品物理架构进行设计，得到复杂产品系统架构的黑盒模型；包括：根据复杂产品的层次关系建立复杂产品系统架构黑盒模型；根据专家经验建立技术单元配置特征为实例模块配置选择以及配置方案评价提供支持；将功能需求插入模块定义图，通过满足《satisfy》建立需求
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结构间的追溯关联关系。
[0020]优选地，所述步骤S4具体：
[0021]步骤S41：根据各实例模块之间的接口关系，使用配置过程模型依次对实例模块进行配置；首先输入实例模块的技术指标和配置特征，随后调用配置参数转换规则包，将技术指标转换为实例模块的配置参数，根据配置参数转换规则包中的配置规则，从配置模块实例库中选择实例模块，然后输出接口参数，当配置模块实例库中的实例模块不匹配时，对该实例模块进行变型设计，当完成该实例模块的配置后，选择下一个实例模块进行配置；
[0022]步骤S42：配置方案生成；将步骤S41中选择的实例模块整合在一个模块定义图中生成配置方案，对配置方案进行展示，供工程技术人员进行方案评价。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0024](1)专利技术人在实践中发现已有的复杂产品定制设计流程以及MBSE设计流程并不能支持基于MBSE的复杂产品定制设计的问题，本专利技术通过将传统复杂产品定制设计流程与MBSE设计流程相结合，提出需求分析、方案设计、详细设计的建模流程，形成了一种基于MBSE的复杂产品定制设计流程，该基于MBSE的复杂产品定制设计流程从设计研发全生命周期考虑，遵循系统工程V模型，左侧为自顶向下的需求分解与追溯过程，右侧为自底向上的仿真验证过程。通过校核、验证与确认可以在设计初期及时发现错误，减少修改迭代次数，提高了建模的效率与精度。
[0025](2)专利技术人在实践中发现设计人员使用自然语言描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MBSE的复杂产品数字样机建模方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：定义基于MBSE的复杂产品定制设计流程，根据复杂产品定制设计流程与MBSE设计流程将所述复杂产品定制设计流程划分为需求分析、方案设计、详细设计三个阶段；步骤S2：在所述需求分析阶段，收集利益相关者需求，通过需求映射将需求转换为技术指标，并对需求进行分类；步骤S3：在所述方案设计阶段，基于需求分析阶段的输出结果，使用配置过程模型、配置规则完成功能单元、技术单元的配置选型；步骤S4：在所述详细设计阶段，基于方案设计的输出结果，以模块级为对象，对模块参数进行配置，完成实例模块的配置选型；其中，实例模块表示具有具体参数的技术单元。2.如权利要求1所述的一种基于MBSE的复杂产品数字样机建模方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：步骤S21：通过市场调研、数据分析以及查阅标书和相关法规文件来获取利益相关者的需求；步骤S22：将步骤S21中收集到的利益相关者需求使用CSV文件格式保存并导入SysML建模软件中转化为需求图，并在需求图中，根据专家经验以及查阅相关资料对获取的利益相关者的需求中具有模糊性的需求进行准确表达以消除不确定性；步骤S23：构建利益相关者需求的质量屋，根据专家经验将步骤S22中表达的需求映射为技术指标，并使用模块定义图中的约束块管理技术指标，形成技术指标约束块，实现需求与技术指标间的关联；步骤S24：采用需求图和模块定义图进行交互来完成需求分类，包括根据专家经验将利益相关者需求分为功能需求、非功能需求和设计约束，并用SysML构造性扩展机制分别扩展与上述三类需求对应的需求；将技术指标约束块插入需求图中，通过改善《refine》关系表示技术指标和需求之间的映射关联关系。3.如权利要求1所述的一种基于MBSE的复杂产品数字样机建模方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括：步骤S31：根据用例图和需求图进行交互来完成功能分解，包括根据需求分析阶段得到的功能需求并结合复杂产品实际使用情况创建用例，说明系统提供的功能、需要服务的利益相关者的信息；根据专家经验对复杂产品提出的功能需求进行分解，并将功能用例分解为子用例；将需求图插入用例图中，通过改善《refine》关系建立需求
‑
功能间的追溯关联关系；同时根据专家经验，使用活动图对功能用例进行功能分析，并将分析结果储存在动态行为逻辑包内，方便后续调用；步骤S32：使用配置过程模...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海柱，黎荣，丁国富，王帅虎，何旭，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：