淺析MBSE在國際民用航空領域的應用

蔡昀彤

摘 要：為了應對民用航空領域設計制造及試驗等諸多新挑戰，基于模型的系統工程方法，即MBSE被廣泛地采用。MBSE方法被認為是解決復雜系統動態交聯的工程問題的唯一最有效和最經濟的方法。該文首先介紹了MBSE的產生背景。之后描述了其涵蓋的主要方法與技術手段，并結合國際主民機制造商即波音和空客的項目為例來介紹該方法在民用航空領域的發展。

關鍵詞：MBSE 基于模型的系統工程 民用航空

中圖分類號：V57 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0017-02

1 MBSE的背景

仿真技術在民用飛機以及飛機系統的研發中已經變得非常普及。甚至仿真技術更是貫穿了整個飛機產品研制流程。

近年來，民用飛機向“多電”飛機發展的趨勢越來越明顯。其相關配套技術也越來越成熟。這些技術使飛行變得更安全、更經濟和更舒適。但同時，以高速太網為基礎的飛機內部網絡等多電飛機的眾多新技術特征，也使得飛機的研制、試驗和驗證工作變得非常具有挑戰[4]。

2 MBSE的內容

由于民用航空領域產品的復雜性正加速增加，而交付時間又更加縮短。在這種矛盾的情況下，基于模型的系統工程即MBSE的方法和流程被開始提出和采用。國際上的MBSE方法論有多種，例如INCOSE的面向對象的系統工程方法，IBM公司的邏輯統一流程系統工程方法和ViTech公司的基于模型的系統工程方法等。其本質都是通過一套方法和工具來提升應對產品復雜度的能力[3]。

該方法提倡的一些技術，如實時仿真，硬件在環，飛行員在環仿真以及實時開環測試已經成為大勢所趨，這些技術或方法幫助應對試驗任務越來越復雜的挑戰。

同時，采用MBSE方法意味著需要一套工具鏈來將概念產品更快地推向現實，這些工具應能具備自動代碼生成、先進的驗證和試驗例如硬件在環等技術[1]。

3 國際民機制造商的例子

波音公司在777飛機的早期試驗階段，采用基于模型的系統工程方法，大大縮短了研發航電系統的時間。可靠性分析也在整個流程中被大大提前了[2]。

空客公司在其A350項目中，采用了66個模型仿真項目用來同設備供應商和客戶進行溝通，以傳遞需求確定設計方案。在設計階段，空客公司利用MBSE方法，將某些試驗提前進行了。例如A350的電源試驗。早在其鐵鳥試驗臺上進行的硬件試驗的2年前的設計階段，空客公司就通過虛擬試驗的方式進行了電源試驗，提前排查了可能的風險，降低了成本。如圖1所示就是空客公司A350項目的從設計到驗證的完整研發流程中采用的MBSE架構[5]。

4 結語

民用航空業正經歷著機載系統高度復雜化的發展歷程。但由于資金和商業方面的考慮，所有的研發項目都有有限的資源和預算，這就限制了成本和計劃。市場競爭正在驅動著的對安全和性能的持續需求。是否能成功地實施基于模型的系統工程將很大程度上取決于該方法論能否滿足對生產力提升的需求[6]。

參考文獻

[1] Allen， J. L.An overview of Model-Based Development Verification/Validation Processes and Technologies in the Aerospace Industry AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference： American Institute of Aeronautics and Astronautics[Z].2016.

[2] Fortney，G.Model Based System Engineering Using Validated Executable Specifications AS AN Enabler for Cost And Risk Reduction[EB/OL].http：//ww2.esd.org/GVSETS/PDF/SE/SE_0835_FortneyGeorgePresentation_08042014_1657.pdf.

[3] SC James，C Savaglio.The Expanded Reach of Simulation Based Aircraft System Verification and its Software Capability Requirements[J].AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference： American Institute of Aeronautics and Astronautics，2013：328（7439）：221-236.

[4] Rosero，J.A.，Ortega，J.A.，Aldabas，E.，et al. Moving towards a more electric aircraft. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine，2007，22（3）：3-9.

[5] Siemens.Airbus Using model-based systems engineering to develop the next-generation A350 XWB[Z].2014.

[6] W Torres-Pomales.Is Model-Based Development a Favorable Approach for Complex and Safety-Critical Computer Systems on Commercial Aircraft？.Virginia： NASA[Z].2014.endprint