“MBSE+DevOps”兩位一體，SkyEye助力衛(wèi)星數(shù)字先行

文｜金問鼎

天目全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真軟件SkyEye 可構(gòu)建衛(wèi)星全生命周期的數(shù)字孿生系統(tǒng)，應(yīng)用先進(jìn)的“MBSE+DevOps”方法論，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)軌道控制軟件的正確性、可靠性與高效性，為衛(wèi)星保駕護(hù)航

隨著數(shù)字中國的快速建設(shè)與發(fā)展，工業(yè)軟件已被國家列為當(dāng)前科技攻關(guān)最緊急、最迫切的問題。2021 年11 月，工信部發(fā)布《“十四五”信息化和工業(yè)化深度融合發(fā)展規(guī)劃》《“十四五”軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，為各領(lǐng)域利用工業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生技術(shù)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展作出了戰(zhàn)略部署。

在新技術(shù)發(fā)展和多樣化需求的雙輪驅(qū)動(dòng)下，衛(wèi)星作為構(gòu)造極為復(fù)雜的航天器，為爭取資源有限的軌道與頻率，對(duì)建設(shè)周期的時(shí)長有著較高要求；同時(shí)，衛(wèi)星造價(jià)極為高昂，如因一味求快而出現(xiàn)問題，將導(dǎo)致不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。為此，浙江迪捷軟件科技有限公司經(jīng)過長期以來在研發(fā)和產(chǎn)品創(chuàng)新體系上的下沉和深耕，推出了多個(gè)基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）的自主研發(fā)產(chǎn)品及解決方案：天目全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真軟件SkyEye、形式化驗(yàn)證的代碼生成工具M(jìn)odelCoder 和多學(xué)科聯(lián)合仿真的協(xié)同仿真平臺(tái)，為多維度安全關(guān)鍵領(lǐng)域客戶提供了“SkyEye+極狐GitLab”嵌入式DevOps 解決方案及三位一體數(shù)字裝備解決方案。

其中，天目全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真軟件SkyEye 作為攻克“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)、國產(chǎn)替代和自主可控的工業(yè)軟件，可構(gòu)建衛(wèi)星全生命周期的數(shù)字孿生系統(tǒng)，應(yīng)用先進(jìn)的“MBSE+DevOps”方法論，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)軌道控制（后簡稱“姿軌控”）軟件的正確性、可靠性與高效性，為衛(wèi)星保駕護(hù)航。

“MBSE+DevOps”兩位一體在衛(wèi)星領(lǐng)域建設(shè)應(yīng)用

“MBSE+DevOps”衛(wèi)星建設(shè)流程圖

“MBSE+DevOps”是一種科學(xué)、高效的方法論，結(jié)合了系統(tǒng)工程的最新實(shí)踐MBSE（基于模型的系統(tǒng)工程）、軟件工程的最新實(shí)踐DevOps（設(shè)計(jì)、開發(fā)、運(yùn)營、維護(hù)一體化），其關(guān)鍵在于從DevOps 出發(fā)，將建模和仿真視為系統(tǒng)工程的組成部分。

“MBSE+DevOps”方法論在衛(wèi)星領(lǐng)域中的建設(shè)流程如下八個(gè)步驟：第一步在衛(wèi)星原型開發(fā)初期階段，開發(fā)人員可使用原型開發(fā)工具及Sysml 建模語言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模；第二步通過構(gòu)建的模型對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證；第三步基于SkyEye構(gòu)建與真實(shí)衛(wèi)星完全相同的“虛擬衛(wèi)星”——數(shù)字衛(wèi)星；第四步將模型生成代碼并編譯生成目標(biāo)碼，在仿真環(huán)境中使用SkyEye 進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)測試與驗(yàn)證；第五步SkyEye 將仿真測試結(jié)果生成報(bào)告并進(jìn)行反饋，開發(fā)人員基于測試結(jié)果完善系統(tǒng)；第六步經(jīng)過驗(yàn)證的迭代內(nèi)容可通過電磁波直接部署到真實(shí)的衛(wèi)星設(shè)備中；第七步開發(fā)人員可將真實(shí)衛(wèi)星中的運(yùn)行數(shù)據(jù)同步到SkyEye 數(shù)字孿生的“虛擬衛(wèi)星”中進(jìn)行分析；第八步通過分析結(jié)果更新對(duì)衛(wèi)星的進(jìn)一步規(guī)劃和需求，形成迭代循環(huán)。

基于可視化建模的天目全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真軟件SkyEye

SkyEye，中文全稱天目全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真軟件，是基于可視化建模的硬件行為級(jí)仿真平臺(tái)。在與衛(wèi)星相關(guān)的應(yīng)用場景中，SkyEye 可通過仿真技術(shù)逼真地模擬出衛(wèi)星姿軌控軟件的運(yùn)行環(huán)境。

SkyEye 衛(wèi)星仿真環(huán)境架構(gòu)

SkyEye 衛(wèi)星仿真環(huán)境由SkyEye+上位機(jī)軟件+PC 機(jī)組成，可通過其內(nèi)置的可視化建模工具，以拖拽模塊的方式快速搭建目標(biāo)硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人手一套虛擬硬件，使開發(fā)時(shí)間提前并減少硬件設(shè)備的資金投入。

SkyEye 衛(wèi)星仿真環(huán)境搭建完畢后，開發(fā)人員可使用SkyEye 源碼調(diào)試、故障注入、異常觸發(fā)、覆蓋率統(tǒng)計(jì)等功能進(jìn)行全面深入的測試與驗(yàn)證。同時(shí)，SkyEye 還可在源碼中插入斷點(diǎn)，提供豐富的調(diào)試視圖，供開發(fā)人員隨時(shí)暫停仿真并查看內(nèi)存或寄存器的值。

SkyEye 可視化建模工具

此外，SkyEye 還擁有豐富的自動(dòng)化測試函數(shù)庫，可在自動(dòng)化測試完成后生成測試報(bào)告，有效降低測試成本，為軟件質(zhì)量保駕護(hù)航。SkyEye 內(nèi)置的命令行工具可以控制仿真的運(yùn)行與停止，與CI/CD（持續(xù)集成/持續(xù)交付或持續(xù)部署）平臺(tái)有著良好的可集成性。

SkyEye 也支持與外部Simulink 動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行協(xié)同仿真。通過與外部數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，SkyEye 可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字高速閉環(huán)協(xié)同仿真，用于軟件的開發(fā)調(diào)試、系統(tǒng)測試。高度模塊化的設(shè)計(jì)使其具有良好的可拓展性，其性能亦可滿足超實(shí)時(shí)的要求，運(yùn)行速度可達(dá)到真實(shí)硬件的數(shù)倍。

SkyEye 還可通過定制接口提供數(shù)據(jù)可視化功能，對(duì)分析特定極端條件下衛(wèi)星的姿態(tài)和軌道數(shù)據(jù)能起到極大幫助，為數(shù)字衛(wèi)星或衛(wèi)星數(shù)字孿生應(yīng)用提供必要的數(shù)字支撐平臺(tái)。

多年來，迪捷軟件與眾多客戶在機(jī)械、汽車、航空、航天、船舶、兵器、電子、電力、核工業(yè)、軌交等多維度安全關(guān)鍵領(lǐng)域，及新能源、通信等應(yīng)用領(lǐng)域，開展了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、驗(yàn)證和優(yōu)化等多方面的深入合作，構(gòu)建了全生命周期的數(shù)字孿生系統(tǒng)，填補(bǔ)了國內(nèi)嵌入式虛擬仿真領(lǐng)域的空白，并補(bǔ)齊了技術(shù)的短板，積累了豐富的多領(lǐng)域、多場景的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。

借得雄風(fēng)成億兆，何懼萬里一征程。面向未來，迪捷軟件將在“十四五”規(guī)劃的引領(lǐng)下，秉持“以終為始，簡單可信”的價(jià)值觀，繼續(xù)完善嵌入式虛擬仿真解決方案，加速推進(jìn)嵌入式軟件系統(tǒng)行業(yè)國產(chǎn)化轉(zhuǎn)型，為助力中國高端裝備制造業(yè)的騰飛創(chuàng)造無限可能。