Sistem Mühendisliği Karmaşık Sistem Geliştirmede Model Tabanlı Sistem Mühendisliği Metodolojisi
1. Giriş
meydan okuma
Sistem geliştirmenin karmaşıklığı, havacılık ve uzay endüstrisinin geliştirme maliyetini ve döngüsünü artırmıştır.Geleneksel geliştirme sürecinde aşağıdaki sorunlar vardır: 1) Belge tabanlı tasarım belirsizliğe meyillidir; 2) Her tasarım aşamasının tasarım sonuçları parçalıdır; 3) Çoğu kusur Daha sonraki aşamada keşif ve onarım maliyetinin yüksek olduğu keşfedildi; 4) Test tasarımın gerisinde kalıyor, test verimliliği düşük ve test sonuçları kesikli; 5) Daha sonraki aşamada problemler keşfedildikten sonra optimizasyon ve iyileştirme için çok az yer var.
Büyük baypas motorlarının ilk yurt içi geliştirmesi, esas olarak araştırma ve geliştirmenin zorluğu, uzun geliştirme döngüsü ve son derece yüksek güvenlik gereksinimlerinde yansıtılan büyük riskler ve zorluklarla karşı karşıyadır.
Problem çözme yönü
Bilgi teknolojisinin hızlı gelişimi ile model tabanlı sistem mühendisliği ortaya çıkmıştır. Model tabanlı Sistem Mühendisliği'ni (MBSE) geliştirmenin ilk aşamalarında kullanarak, modeller aracılığıyla gereksinimleri ve işlevleri kademeli olarak tanımlayın, sistem mimarisini tasarlayın ve ilgili doğrulama çalışmalarını gerçekleştirin ve bu modelleri model kitaplığında saklayın. .
Sistem mühendisliği alanında ortaya çıkan bir yöntem olarak, model tabanlı sistem mühendisliği, birçok bariz avantajın varlığı nedeniyle karmaşık sistem tasarımının temeli haline gelmektedir.
2. Model tabanlı sistem mühendisliği metodolojisine giriş
INCOSE'nin "MBSE Metodolojileri Araştırması" ndaki "Metodoloji" tanımı, "PMTE" nin dört unsurunu içerir: Süreç, Yöntem, Araç ve Ortam.
Şekil 1 MBSE inişinin temel unsurları
"PMTE" ye göre, metodoloji belirli bir problemi çözmek için eksiksiz bir çözüm çerçevesi sağlayabilir ve bunu belirli bir karmaşık sistem tasarım problemine uygulayabilir.Karmaşık sistem tasarımını çözmek için eksiksiz bir çözüm çerçevesi olarak, MBSE ayrıca süreç, yöntem ve araçlar sağlamalıdır. Araç ve bu unsurların etkili bir şekilde geliştirilip kullanılabileceği ortamı açıklığa kavuşturun.
Genel olarak, model tabanlı sistem mühendisliği (MBSE) metodolojisi, modelleme dilini, modelleme sürecini ve modelleme araçlarını kapsamaktadır.Aşağıda, mühendislikte yaygın olarak kullanılan MBSE metodolojisi açıklanmaktadır.
Nesneye Yönelik Sistem Mühendisliği Yöntemi (OOSEM)
OOSEM, Lockheed Martin'in 1990'lardaki yazılım tedarikçisi ittifakından doğmuştur. 2000 yılında INCOSE, OOSEM çalışma grubunu kurmuştur; OOSEM, nesne yönelimli analiz teknolojisini sistem mühendisliğinin teorik temeliyle tamamen birleştiren yukarıdan aşağıya bir senaryodur Güdümlü MBSE metodolojisi.
OOSEM'in iki temel ilkesi şunlardır: Entegre Ürün Geliştirme; Özyinelemeli "Vee" Yaşam Döngüsü Süreç Modeli.
OOSEM'in faaliyetleri aşağıda gösterilmiştir:
Şekil 2 OOSEM metodolojisi
OOSEM'in temel faaliyetleri şunları içerir: Paydaşların İhtiyaçlarını Analiz Etme, sistem gereksinimlerini tanımlama, mantıksal mimariyi tanımlama, tahsis edilen alternatif mimariyi sentezleme ve analiz etme, alternatif entegre mimariyi değerlendirme ve optimize etme ve onaylama Sistem tasarımını Doğrulayın ve Doğrulayın.
IBM Harmony-SE metodolojisi
Harmony-SE metodolojisinin ana hedefleri şunları içerir:
1) Türevi Tanımlamak veya türetmek için gerekli İşlevselliği belirleyin;
2) Sistem durumu Durumlarını Tanımla ve Modlar arasındaki ilişkiyi belirleyin;
3) Mimariye sistem işlevlerini veya çalışma modlarını atayın.
Şekil 3 Harmony SE metodolojisi
Harmony-SE metodolojisi temel olarak aşağıdaki üç üst düzey süreç unsurunu içerir:
1) Sistem kullanım durumlarının gereksinim analizi, tanımlanması ve ön analizi, süreç çıktısı sistem senaryolarını ve kullanım senaryolarını ve Senaryoları ve Kullanım Durumlarını içerir.
2) Sistem fonksiyon analizi, çıktı kullanım durumu modeli Kullanım Alanı Modeli ve operasyon sözleşmesi Operasyonel Sözleşmeler ve operasyon sözleşmesi, sistem ile dış dünya arasındaki etkileşimin mantığını ve arayüz özelliklerini açıklar. Kullanım senaryosu tutarlılık analizi aracılığıyla Kullanım Durumu Tutarlılık Analizi, sistem işlevlerinin kapsamlı bir incelemesini oluşturmak için kullanım senaryolarını bir araya getirmek için bir kullanım senaryosu işbirliği modeli oluşturmak için Kullanım Durumu İşbirliği Modeli.
3) Mimari tasarım, çıktı sistemi mimarisi modeli ve ilgili işletim sözleşmeleri ICD ve Tasarım Spesifikasyonu dahil Tahsis Edilen Operasyonel Sözleşmeler.
Harmony-SE süreci "Telelogic Rhapsody" yazılım ortamında uygulanabilir, Rhapsody model tabanlı bir tasarım ortamıdır.
ARCADIA metodolojisi
ARCADIA (Architecture Analysis and Design Integrated Approach) yöntemi, THALES bünyesinde kapsamlı ve derinlemesine uygulamaları olan, THALES tarafından geliştirilen MBSE yöntemidir. ARCADIA, karmaşık sistemler için operasyonel analiz, sistem analizi, mantıksal mimari tasarımı, fiziksel mimari tasarımı ve ürün yapım stratejisi tasarımı gerçekleştirmek için görsel modelleme dili DSML'yi (Etki Alanına Özel Modelleme Dili) kullanır.
Şekil 4 ARCADIA metodolojisi
ARCADIA, "bakış açısına dayalı" bir analiz yöntemini benimser ve sistem modeline "bakış açısı" şeklinde uygulanacak sistem tasarımıyla ilgili tüm analiz içeriğini destekler ve sistem açıklamasının bir parçası haline gelir. Şu anda THALES, ARCADIA'yı destekleyen temel modelleme aracı olan açık kaynaklı Capella'ya sahiptir.
Vitech MBSE Metodolojisi
Vitech MBSE metodolojisinin alan yapısı aşağıdaki gibidir:
Şekil 5 CORE metodolojisi
Vitech, hiyerarşik ve ilerici bir MBSE modeli, yani sistem mühendislik için tasarlandığında analiz ve tasarımın aynı seviyede yapılması gerektiğini ve ardından bir sonraki daha detaylı seviyenin dikey olarak hareket ettirilebileceğini vurgulayan "soğan modeli" önerir. Amaç, daha detaylı tasarıma geçmeden önce her seviyede tasarımın bütünlüğünü ve tutarlılığını sağlamak, ardından tasarım derinliği kademeli olarak ilerledikçe tasarım sonuçlarının yakınsamasını sağlamaktır.
Alan yapısına dayalı "soğan modeli" aşağıdaki gibidir:
Şekil 6 CORE metodolojisinin soğan modeli
Bütünlük ve yakınsama, soğan modelinin önemli ilkeleridir.Sistem mühendisliği ekibi, bir tasarım seviyesini tamamlamadan ve bir sonraki seviyeye ilerlemeden önce tasarım sonuçlarının bütünlüğünü sağlamalıdır, böylece tasarım her seviyede değiştirilebilir. Ve tasarım sonuçlarının yakınsamasını sağlamak için bu seviyede veya en fazla "önceki seviyede" yinelemeli kontrol.
3. MBSE geliştirme ve uygulamasının mevcut durumu
INCOSE, 2007'de MBSE'nin net bir tanımını verdi ve ilk kez MBSE'nin planlama rotasını önerdi. Plan, aşağıdakiler dahil olmak üzere MBSE'nin beş temel yapım adımına işaret etmektedir: 1) MBSE standartlarının önerilmesi; 2) olgun MBSE yöntemlerinin ve dizin entegrasyon sistemi donanım ve yazılım modellerinin geliştirilmesi; 3) simülasyon, analiz ve görselleştirmeyi entegre eden bir mimari model oluşturma; 41) İyi tanımlanmış bir MBSE teorisi, ontoloji ve biçimsel sistem oluşturun; 5) Alanlar arası dağıtılmış ve güvenilir bir model kitaplığı oluşturun.
Uçak motoru endüstrisinde, Pratt & Whitney, tüm motor ve FADEC sistemindeki işlevsel mantığı modellemek için model tabanlı bir sistem mühendisliği yöntemini benimser ve tüm motor ihtiyaçlarının tamamen yakalandığından emin olmak için tüm motorun davranışını ve mantığını analiz eder. , Mantıksal mimariye dayalı olarak gereksinimleri düzeltin, ayrıştırın ve tahsis edin.
Rolls-Royce, INCOSE tarafından yayınlanan sistem mühendisliği kılavuzuna göre kendi özelliklerine dayalı olarak karşılık gelen bir sistem mühendisliği yetenek çerçevesi oluşturmuştur. Çerçeve, talep yönetimi, sistem düşüncesi, sistem tanımı, sistem işlev analizi, sistem mimarisi tasarımı, arayüz yönetimi ve ilgili doğrulama ve doğrulama yeteneklerini kapsar ve proje yöneticilerini, baş mühendisleri, baş tasarımcıları, sistem mühendislerini ve sistem tasarımcılarını içerir Kalite mühendisleri, geliştirme mühendisleri vb. Dahil olmak üzere çeşitli iş rolleri bağlantılar kurdu ve ardından aerodinamik sistemden alt sistemlere ve son olarak bileşenlere kadar mühendislik yinelemesini gerçekleştirdi. Mükemmel sistem çerçevesi altında Rolls-Royce, model projelerde sistem mühendisliğinin uygulanmasını ve uygulanmasını daha da teşvik etti. Özellikle, uçak motorlarının geliştirilmesinde talep yönetimi araçlarını benimsemişler, böylece müşteri talebi ve testleri arasında dinamik bir ilişki kurmuş ve sonuçta büyük başarı elde etmişlerdir.
4. Sonuç
Teoriden ve en iyi uygulamadan MBSE'nin gittikçe karmaşıklaşan havacılık ekipmanı gelişimini çözmek için en iyi yol olduğu görülebilir. Airbus, Boeing, Lockheed Martin ve Rolls-Royce tarafından temsil edilen tanınmış yabancı havacılık şirketleri, MBSE'yi ilerletmede, ürün talebine dayalı bir geliştirme süreci platformu ve sistemi oluşturmada ve model projelerin tanıtımında başarıya ulaşmada başı çekmiştir. Dikkat çekici sonuçlarla, yerli havacılık endüstrisi ayrıca dijital / bilişim kapasitesi oluşturma ve MBSE'yi aktif olarak teşvik ediyor. Ticari Geliştirme, erken konsept tanıtımı ve proje pilot çalışmalarından geçmiştir ve ilgili çalışmalar araştırılmakta ve ilerletilmektedir.
Referans
INCOSE MBSE Metodolojileri Araştırması. INCOSE, 2008.
Sistem, Yazılım ve Donanım Mimari Tasarımı İçin Model Tabanlı Bir Mühendislik Yöntemi, Thales, 2015.
Kaynak: Heartbeat Business Development
