MBSE在蒸發循環制冷系統設計中的應用

仇振安毛陽韓剛強張行楊冰潔

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

MBSE在蒸發循環制冷系統設計中的應用

仇振安1毛陽1韓剛強2張行2楊冰潔2

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

本文主要介紹基于Rhapsody的需求分析、功能分析及架構設計的流程和方法在某蒸發循環制冷系統設計中的應用，通過模型的方式對系統建立用例、功能流、時序關系和可用于執行驗證的狀態機來描述系統，指導蒸發循環制冷系統在設計過程中的需求分析、功能分析和設計綜合工作，探索MBSE方法在蒸發循環制冷系統設計中的指導作用。

MBSE；需求分析；蒸發循環制冷系統

傳統的蒸發循環制冷系統設計都是基于文檔的，由于蒸發循環制冷系統是一個涉及機、電、液等多學科融合的系統，不同設計人員所關注的領域不同，從文檔中讀取信息很容易產生理解的不一致，造成產品在研制過程中出現“拖、降、漲”（拖進度、降指標、漲費用）的現象。

MBSE能有效解決這些問題，其是采用模型驅動的方式進行需求分析、功能分析及設計的工程方法，其結構化、模型化的系統需求、功能與架構定義、分配與追蹤關系能夠快速響應需求的變化，并及時指導后期的設計、實現及驗證過程［1，2］。

1 需求分析

1.1 確定用例

對需求進行分類，篩選出其中的系統級功能需求，根據功能需求確定合適的用例。用例是系統的功能性描述，是對系統需求的實現，與系統需求之間具有一定的關聯關系。

制冷系統主要有自檢、調節亮度、制冷和通風4個功能，與外部的交互對象為飛行員和配電系統。

1.2 分配需求到用例

分配需求到系統用例一方面可以進行需求的覆蓋率分析，檢查是否所有的需求都有對應的用例來完成，保證在后續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的需求而不是憑空捏造，保證不會出現冗余的功能設計。

經覆蓋率分析，制冷系統共有52條功能需求，所有功能需求均關聯到了用例，需求覆蓋率為100%。

2 功能分析

2.1 建立活動圖

在功能分析階段，針對系統用例，搭建反映系統運行情況的活動圖、反映系統運行時序的時序圖以及用于模型執行的狀態圖，描述系統的運行狀態。以下僅以制冷用例進行描述，圖1描述了制冷系統為了完成制冷功能所要執行的一系列活動與操作。

圖1 制冷用例主活動圖

2.2 建立時序圖

根據制冷系統制冷用例的活動圖，建立制冷系統制冷用例時序圖，下面僅以制冷系統制冷用例設置風速時序圖為例進行說明。圖2為制冷用例設置風速時序圖（部分），該時序圖將制冷系統與外部操作者（Pilot）的交互關系表示成一個二維圖。縱向是時間軸，時間沿豎線向下延伸，橫向代表操作者（Pilot）在設置風速時與制冷系統進行的隨時間的流逝而發生的消息交換及執行的動作。

圖2 制冷用例設置風速時序圖（部分）

2.3 建立接口圖

根據制冷用例時序圖建立制冷用例接口圖（IBD圖），接口是系統與外部交互者進行交互的一種手段，系統與交互者通過接口進行交互。圖3描述了制冷系統在執行制冷功能時，操作者（Pilot）與制冷系統進行的一系列消息交換及執行的動作。

圖3 制冷用例IBD圖

2.4 建立并運行狀態圖

狀態圖主要用于描述一個對象在其生命周期內的動態行為，狀態圖是可以運行的，通過狀態圖的運行來檢驗構建的模型是否符合系統需求。

3 設計綜合

設計綜合是在綜合考慮所有制冷系統系統功能的基礎上進行架構分析與設計，將制冷系統拆分成部件，然后基于統一架構對每一個用例按部件進行功能分解與分配。

3.1 架構分析

架構分析主要是在綜合考慮制冷系統自檢、調節亮度、制冷和通風4個用例的基礎上，針對多個備選解決方案完成權衡分析，并綜合考慮系統質量、成本、性能等指標，確定最佳解決方案。

3.2 架構設計

架構設計是在建好的制冷系統邏輯架構的基礎上，將黑盒階段活動圖中各元素分配到6個部件模塊功能中，形成泳道圖，通過這種圖形化語言建立了6個部件間的信息傳遞關系。

白盒階段已把系統分解成部件，此時的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象與部件間的關系；另一方面，此時的接口信息還包含了各部件或功能間的接口關系。

4 結論

本文介紹的基于Rhapsody的系統工程方法通過模型化的方式建立系統的用例圖、活動圖、時序圖和狀態圖，有效地指導蒸發循環制冷系統設計人員進行系統需求分析、功能分析及架構設計等相關工作，保證系統需求梳理較為全面、正確，為下一步正確設計系統奠定基礎。

［1］國際系統工程協會（INCOSE）.INCOSE系統工程手冊系統：生命周期流程和活動指南［M］.張新國，譯.北京：機械工業出版社，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：航空發動機技術、現代質量管理技術研究。