基于MBSE的雷达系统可靠性正向设计技术应用研究.pdf
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1、基于 MBSE 的雷达系统可靠性正向设计技术应用研究吴志刚1袁 2袁 3袁张蕊1袁张金栋4袁刘若琳5袁杨治艳1袁 2袁 3渊1.工业和信息化部电子第五研究所袁 广东广州511370曰2.广东省电子信息产品可靠性技术重点实验室袁 广东广州511370曰3.广东省电子信息产品可靠性与环境工程技术研究开发中心袁 广东广州511370曰4.南京电子技术研究所袁 江苏南京210039曰5.南京国睿信维软件有限公司袁 江苏南京210013冤摘要院针对 MBSE 研制模式下雷达系统可靠性正向设计流程尧 基于 MBSE 的可靠性建模方法欠缺的问题袁研究提出了基于 MBSE 的可靠性正向设计流程遥 在研究 MB
2、SE 模型元素的基础上袁 给出了 MBSE 模型元素与可靠性模型元素之间的映射关系袁 在此基础上提出了故障传播模型的构建方法遥 最后袁 以某雷达系统为例袁 说明了可靠性正向设计流程与建模方法的合理性遥关键词院基于模型的工程系统曰 可靠性正向设计曰 雷达系统中图分类号院 TN 958文献标志码院 A文章编号院 1672-5468 渊2023冤 03-0063-08doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2023.03.011Application Research of Reliability Forward DesignTechnology of Radar System B
3、ased on MBSEWU Zhigang1袁2袁3袁 ZHANG Rui1袁 ZHANG Jindong4袁 LIU Ruolin5袁 YANG Zhiyan1袁2袁3渊1.CEPREI袁 Guangzhou 511370袁 China曰2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Electronic Information Products Reliability Technology袁Guangzhou 511370袁 China曰3.Guangdong Provincial Research Center of Intelligent Robot
4、 Reliability袁 Guangzhou 511370袁China曰4.Nanjing Research Institute of Electric Technology袁 Nanjing 210039袁 China曰5.Nanjing Glaway Software Co.袁 Ltd.袁 Nanjing 210013袁 China冤Abstract院In view of the lack of reliability forward design process of radar system and reliabilitymodeling method based on MBSE u
5、nder MBSE development mode袁 a forward reliability designprocess based on MBSE is proposed.Based on the study of MBSE model elements袁 the mappingrelationship between MBSE model elements and reliability model elements is given袁 and theconstruction method of fault propagation model is proposed on this
6、basis.Finally袁 a radar system istaken as an example to illustrate the rationality of the reliability forward design process and收稿日期院 2022-08-15作者简介院 吴志刚 渊1985要冤袁 男袁 山西吕梁人袁 工业和信息化部电子第五研究所可靠性与环境工程中心工程师袁 硕士袁 主要从事系统可靠性安全性研究工作遥通讯作者院 张蕊 渊1979要冤袁 女袁 陕西西安人袁 工业和信息化部电子第五研究所系统工程中心高级工程师袁 硕士袁 主要从事装备通用质量特性研究工作遥电
7、子 产 品 可 靠 性 与 环 境 试 验耘蕴耘悦栽砸韵晕陨悦 孕砸韵阅哉悦栽 砸耘L陨粤月陨蕴I栽再 粤晕阅 耘晕灾陨R韵晕酝耘晕栽粤蕴 栽耘杂栽陨晕郧可靠性设计与工艺控制阅陨粤晕在陨 悦匀粤晕孕陨晕 运耘运粤韵X陨晕郧 再哉 匀哉粤晕允I晕郧 杂匀陨再粤晕63电子产品可靠性与环境试验阅陨粤晕在陨 悦匀粤晕孕陨晕 运耘运粤韵X陨晕郧 再哉 匀哉粤晕允I晕郧 杂匀陨再粤晕电子产品可靠性与环境试验2023 年modeling method.Keywords院MBSE曰 reliability forward design曰 radar system0引言为了适应当前形势下的作战任务需求袁 作为复
8、杂电子装备典型代表的雷达系统的架构尧 功能和性能变得越来越复杂袁 综合化集成化程度越来越高袁传统的设计手段由于具有开发周期长尧 研制花费大和沟通成本高等缺点袁 越来越难以应对系统这一变化特点遥 面对工程中这些挑战袁 需要探索新的正向驱动的系统研制尧 方法和手段遥 基于模型的系统工程 渊MBSE院 Model Based System Engineering冤 通过对系统需求和功能架构进行建模仿真来减小产品的研制迭代次数袁 降低成本袁 缩短周期袁 提高系统设计研发的效率1遥 MBSE 在国内首先在航空工程领域进行了探索和应用袁 近年来逐步地延伸到复杂电子系统装备领域遥 不同于航空领域应用得较为广
9、泛的 Harmony SE 方法和达索公司的 Magic Grid 方法袁 在大型电子装备领域 MBSE 建模方法多采用泰雷斯公司的 ARCADIA 方法遥 文献 2 深入地研究了针对雷达复杂系统的 MBSE 方法论的具体运用曰文献 3 将 ARCADIA MBSE 设计研制流程应用于运载火箭电气系统曰 文献 4 将 Arcadia 建模方法与 SysML 建模方法进行了比较袁 并指出 Arcadia 的基于模型系统工程建模有着简单尧 清晰等特点遥就 MBSE 研制模式下雷达系统可靠性设计而言袁 目前工程应用中存在两个待解决的问题院 1冤缺少一套标准流程和方法袁 将现有可靠性设计手段落实于 M
10、BSE 的研制流程中曰 2冤 在系统功能性能以模型描述为主的前提下袁 如何实现系统可靠性建模袁 以达到可靠性模型与功能性能模型数据同源袁实现MBSE 与可靠性综合集成设计遥围绕上述问题袁 本文在研究 MBSE 研制流程的基础上袁 提出了融入 MBSE 流程的可靠性设计流程和方法袁 并研究了 MBSE 模型元素与可靠性模型元素的映射关系袁 给出系统故障传播模型构建方法袁从而实现雷达系统可靠性建模分析遥1MBSE 研制流程前文所述袁 在雷达等大型复杂电子系统中袁ARCADIA 方法应用得较多遥 因此袁 本文所述的MBSE 研制流程袁 均指基于 ARCADIA 方法论的建模流程遥 ARCADIA 系
11、统设计过程主要包含运行分析尧 系统分析尧 逻辑架构设计和物理架构设计四大流程3袁 如图 1 所示遥 每个阶段均需完成以下 源个步骤院1冤 定义施动者 渊也被称为外部参与者冤 和组件 渊运行分析阶段为实体袁 指系统或分系统冤曰2冤 定义能力曰3冤 通过能力定义功能 渊运行分析阶段为活动冤曰4冤 将功能分配到施动者和组件袁 并定义接口遥其中袁 通过建模向导中自动转换工具袁 能力尧 施动者及组件尧 功能和关联关系由上一阶段继承并细化遥a冤 运行分析运行分析的定义是用户需要系统完成的任务袁也就是用户需要具备的运行能力遥 在运行分析阶段袁 只分析用户遇到的问题尧 用户的需要和用户的潜在需求遥 这时并不需
12、要确定系统的边界袁 当系统出现在运营分析中袁 就限定了给用户的解决方案袁也就没有办法评估相关方案是否是最佳的解决方案遥 运行分析的对象是用户尧 用户在运营中的角色和用户完成的活动袁 分析的内容是用户活动是否存在问题或不足尧 是否有改进的空间遥 运行分析阶段的主要活动和活动输出模型如图 2 所示遥图 1ARCADIA 建模方法64阅陨粤晕在陨 悦匀粤晕孕陨晕 运耘运粤韵X陨晕郧 再哉 匀哉粤晕允I晕郧 杂匀陨再粤晕第 3 期b冤 系统分析运行分析完成后袁 系统工程师需要将不同用户的需求进行整理和分析袁 分析后得到统一的系统需求和系统模型遥 在系统分析阶段袁 研究的是系统如何满足用户的需求袁 提供
13、具体的解决方案袁 通过运行能力的细化袁 明确系统在用户运营分析中需要完成的任务袁 总结抽象系统需要具备的能力袁 定义系统需要完成的活动袁 考虑运行约束给系统活动带来的限制袁 最终形成系统需求遥 在系统分析阶段袁 还需要考虑系统活动完成所需的输人条件袁 也就是系统的外部接口遥 系统分析阶段主要活动及模型输出如图 3 所示遥c冤 逻辑分析逻辑分析是系统功能的细化袁 将系统功能分解为子功能袁 并在系统层面实现系统子功能的整合与分配遥 逻辑分析还解决系统内部约束尧 系统内部功能尧 功能关系和具体实现的技术袁 以及潜在技术等方面的问题遥 在逻辑层面袁 实现详细的系统分析袁考虑系统的约束袁 平衡系统性能尧
14、 安全性和可靠性等指标袁 以求得到最佳的系统方案遥 系统分析和逻辑分析共同完成系统功能定义袁 系统需求分解与分配袁 形成系统定义遥 逻辑分析阶段主要活动及模型输出如图 4 所示遥d冤 物理分析物理分析是定义系统的具体实现方式袁 考虑系统的物理特性袁 以达到系统在质量尧 功耗和成本等物理层面的最优设计遥 物理分析和终端产品分析适用于不同的系统对象和系统组织形式遥 物理分析过程考虑的是系统如何实现袁 包括物理约束的系统架构选择尧 物理连接形式和各部件实现的功能等遥 物理分析阶段主要活动及模型输出如图 5 所示遥2基于 MBSE 的可靠性正向设计流程可靠性与安全性有诸多相通之处院 对系统 野薄弱冶
15、的识别和控制都是工作重点袁 只不过可靠性更关注 野故障频率冶 而安全性更重视 野后果冶遥 因此袁在本部分研究中袁 将借鉴航空工业中已成熟应用的安全性技术袁 并结合 MBSE 后三大阶段 渊系统分析尧 逻辑分析和物理分析冤 相关设计输出袁 研究给出可靠性与功能性能架构的关联设计流程袁 如图 6所示遥图 2运行阶段的主要活动及输出图 3系统分析主要活动及输出图 4逻辑分析主要活动及输出图 5物理分析主要活动及模型输出吴志刚等院 基于 MBSE 的雷达系统可靠性正向设计技术应用研究65电子产品可靠性与环境试验阅陨粤晕在陨 悦匀粤晕孕陨晕 运耘运粤韵X陨晕郧 再哉 匀哉粤晕允I晕郧 杂匀陨再粤晕电子产
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