[发明专利]一种层次化系统集成设计建模方法

权利要求书

1.一种层次化系统集成设计建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

概念设计模型库预定义的步骤：根据不同学科产品系统的设计任务构建导入所使用的需求模型库、功能模型库、行为模型库和结构模型库，采用SysML图形化对模型库进行统一表达；

需求分类建模的步骤：从系统的整体角度出发对系统需求进行图形化建模；

基于用例的功能需求分析的步骤：从用户角度出发，通过用例分析识别产品的主要功能，定义系统边界；

系统功能建模的步骤：设计人员针对特定情况分析确认输入、输出流的类型及数量，进行整体功能识别与定义和基于流端口匹配的功能分解两个基本过程，输出仅包含原子功能的系统功能模型；

多种路径的功能-行为-结构映射的步骤：对得到的功能结构推理出可实现原子功能的物理结构，并建立结构端口之间的联系，形成完整的系统概念设计方案。

2.根据权利要求1所述的一种层次化系统集成设计建模方法，其特征在于，所述的根据不同学科产品系统的设计任务构建导入所使用的需求模型库的步骤为：

将采用自然语言描述的文档式需求进行模型化，在支持SysML语言的建模工具中直接构建需求模型库，将需求模型库按照功能需求、操作需求、性能需求、接口需求以包的形式分类存储在单独的特定格式的文件中，每个的需求元素通过两个基本属性“Id”和“Text”来表示。

3.根据权利要求2所述的一种层次化系统集成设计建模方法，其特征在于，所述的根据不同学科产品系统的设计任务构建导入所使用的功能模型库的步骤为：

将基本的原子功能分解为一个四元组，包括功能ID，输入流f_in，功能元p，输出流f_out，采用“功能元+流对象”的功能表达方式，将功能元细分为三层结构表达，将流分为物料、能量和信号三大类。

4.根据权利要求3所述的一种层次化系统集成设计建模方法，其特征在于，所述的根据不同学科产品系统的设计任务构建导入所使用的行为模型库的步骤为：

将行为层分为预期行为和实际行为两个方面，采用“物理规律+输入输出”的组合形式对预期行为进行表示，将物理规律与结构模型的约束属性进行对应，将输入输出流与功能的输入输出对应，通过方程对结构参数变量及变量之间的关系进行表示；

所述的预期行为是从抽象层面上实现系统功能的原理性问题，将流对象的类型和属性变化视为其物理状态的改变，且该变化遵循一定的物理规律，所述的实际行为是结构模块的物理行为。

5.根据权利要求4所述的一种层次化系统集成设计建模方法，其特征在于，所述的根据不同学科产品系统的设计任务构建导入所使用的结构模型库步骤为：

对系统功能和行为模型进行映射，输出系统结构设计方案，然后通过初步评估验证方案的合理性。

6.根据权利要求5所述的一种层次化系统集成设计建模方法，其特征在于，所述的基于流端口匹配的功能分解的步骤为：

对功能元进行判断，根据功能元的输入输出流对比结果，如果流的类型、属性中多于一项发生变化，就按照之前规范化定义的功能元及流对象的分层表示方法，将系统整体功能分解细化为三个抽象层次的功能模型。

7.根据权利要求6所述的一种层次化系统集成设计建模方法，其特征在于，所述的对得到的功能结构推理出可实现原子功能的物理结构，并建立结构端口之间的联系，形成完整的系统概念设计方案的步骤为：

首先，对输入的功能进行原子功能判断，判定符合映射条件后，进行功能-结构的直接映射，对原子功能的输入输出流的类型及属性与预定义物理结构的端口进行匹配操作，对于流的类型相同，属性没有范围冲突的则匹配成功，否则失败，然后，将原子功能的输入输出流与预期行为中的流对象属性进行再次匹配，判定条件与上述相同，对于匹配成功的情况，将继续以预期行为的物理效应属性与预定义结构的约束属性进行第三次匹配，成功则结束，否则与未匹配到预期行为的原子功能一起进入下一次匹配，如果能够找到输入输出的物料流属性变化与物理结构的材料特性满足功能需求，则依照此材料搜索物理结构，如果此过程同样失效，则进行人工干预，依靠领域专家的设计经验自主设计结构实现该功能。