[发明专利]民用飞机舱内压力控制系统建模方法

摘要

本发明提供了一种民用飞机舱内压力控制系统建模方法，分别建立基于全景视角的系统需求概要信息模型、基于能力视角的系统需求分析模型、基于操作视角的系统功能分析模型和基于系统视角SV的系统架构模型，将Harmony‑SE方法与DoDAF体系架构结合起来，在系统需求分析—系统功能分析—系统架构设计的层次基础上使用全景、能力、操作、系统四种视角刻画舱压控制系统模型，通过各个阶段定义具体的子视图与模型补充提供舱压控制系统模型的设计思路与概念描述方法，同时在一定程度上表现了系统不同视图之间的关联关系，改善和完整了设计人员的设计思路与研制逻辑。

主权项

1.一种民用飞机舱内压力控制系统建模方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：建立基于全景视角AV的系统需求概要信息模型对民机舱压控制系统的构想、目的、范围、预计成果进行合并汇总，建立系统需求概要信息包模型Package，系统需求概要信息包模型中每个包视为民机舱压控制系统的一个层面的信息集合，在各个包中创建SysML语言定义的需求图，在需求图中撰写系统整体层面下的构想与期望，作为系统研制初期的方向指引与修改预案；系统需求概要信息包模型∑_AV的关键概念定义如下：∑_AV＝(I，P，R，Sc，So)      (1)So＝(So_template，So_alphabet，So_type)      (2)其中I指“项目信息包”模型；P指“目的”包模型；R指“范围”包模型；Sc指场景包模型；So指“系统资源”包模型；So_template指需求模板信息；So_alphabet指需求术语表信息；So_type指以往型号设计资料；系统需求概要信息包模型中包括项目信息I、目的P、范围R、场景Sc和系统资源So五部分，包模型的“项目信息”中，在需求图中撰写项目层面的参与设计研制的各部门、研制任务的分配、项目起始、成本投入方面的信息，“目的”包模型中提取利益相关方已形成的原始需求，从设计角度描述系统预期的功能以及对系统的可靠性、维护性、保障性非功能性要求，以及出现多种设计方案下的决策流程与决策方法；在“范围”包模型中指出系统预期的运行范围与功能执行范围，明确系统的运行概念与功能边界；在“场景”包模型中根据已定义的运行范围，结合民机及系统任务剖面，定义出民机舱压控制系统需要适应的各种场景以及场景状态信息；除此之外，应定义“系统资源”包模型，记录所有研制过程可能需要包括的研制资源，基本的系统资源包括需求模板So_template、需求术语表So_alphabet和以往型号设计资料So_type；构建的包模型与包中的需求信息即舱压控制系统的系统需求概要信息模型；其中：即通过对记录在“目的”包模型P中的舱压控制系统的初始需求进行解析，将其进一步拆解为“范围”包模型R与“场景”包模型Sc的中数据信息，其中功能性及非功能性需求分解为“范围”包模型的系统运行的性能指标与“场景”包模型中的既定运行条件和场景；步骤2：建立基于能力视角CV的系统需求分析模型选取DoDAF的能力视角CV下定义的CV‑1能力愿景、CV‑2能力分类、CV‑4能力依赖关系三种子视图作为舱压控制系统需求分析描述的三个层次；即：∑_CV＝(C_Vision，C_Taxonomy，C_Dependemciex)       (4)其中C_Vision指CV‑1能力愿景；C_Taxonomy指CV‑2能力分类；C_Dependencies指CV‑4能力依赖关系；在舱压控制系统的研制过程中先定义CV‑1能力愿景C_Vision，然后根据已定义的C_Vision分解出CV‑2能力分类C_Taxonomy与CV‑4能力依赖关系C_Dependencies，其中C_Dependencies是对C_Taxonomy的修饰，即在C_Dependencies中定义并表示C_Taxonomy中的子能力之间的相互关系；建立用例图(Use Case)实现舱压控制系统的CV‑1能力愿景，CV‑1能力愿景反映舱压控制系统的系统功能执行期望，在用例图中撰写基于舱压控制系统初始构想的基本运行环境与可能的运行模式；在每一种用例图中反映一个通用场景或者某一特定场景下的系统边界与运行情况，绘制的要素如下：1)、系统的交互对象C_object，包括系统操作人员C_people和其他系统C_system；2)、该交互对象情况下，系统能够执行的功能活动，即系统能力C_capability；3)、交互对象与系统内预期功能的关联关系C_relation；4)、运行环境与运行场景C_environment，即：然后用需求图、用例图或需求图与用例图的组合建立描述CV‑2能力分类C_Taxonomy、CV‑4能力依赖关系C_Dependencies；在CV‑2中首先明确民机舱压控制系统对应的系统运行能力，与已建立的CV‑1中反映对应运行场景的用例模型之间建立链接，根据CV‑1的用例图，使用用例图、需求图或用例图与需求图的组合绘制描述CV‑1中定义的系统能力愿景的子能力C_{Subcapability}，子能力的撰写依据为AV‑1系统需求信息概要模型中“目的”包模型中所定义的利益相关方需求与设计角度的非功能性要求；在CV‑4中基于CV‑2撰写出的系统功能模块的子能力之间的协作关系C_relationship，构建舱压控制系统的子能力模型之间的关联关系，关联关系包括依赖、扩展和包括；步骤3：建立基于操作视角OV的系统功能分析模型基于操作视角OV的系统功能分析模型，包括OV‑1高层操作概念模型、活动资源流模型OV‑5a操作活动分解树模型、OV‑6c事件追踪描述模型、OV‑6b状态转换描述模型，即：∑_OV＝(O_Concept，O_Resource，O_Activity，O_Event，O_State)#     (8)其中O_Concept指OV‑1高层操作概念模型；O_Resource指OV‑2活动资源流模型；O_Activity指OV‑5a操作活动分解树模型；O_Event指OV‑6c事件追踪描述模型；O_State指OV‑6b状态转换描述模型；OV‑1高层操作概念O_Concept，包括舱压控制系统的任务O_Task、功能活动流O_Fuctionflow与场景运行状态O_Scenes；在OV‑1视图中引用CV‑1中建立的反映不同运行状态的用例场景，绘制活动图以描述舱压控制系统应适用的不同场景与状态与其下的系统预期可执行的不同功能活动流，活动图中以活动或动作为单元，定义功能执行过程中的各个功能活动或动作，同时在活动或动作单元之间建立依赖或关联的链接关系，完成功能活动间的逻辑梳理；O_Concept＝(O_Task，O_Fuctionflow，O_Scenes)    (9)绘制内部模块图描述舱压控制系统的OV‑2视图，即活动资源流模型O_Resource，在绘制的活动或动作之间，定义不同资源和信号的传递方式或数据格式，活动或动作之间的流向关系使用信息流连接器描述：同时，功能活动流O_Fuctionflow是基于操作视角OV的系统功能分析模型的核心内容，它包括以下几个核心要素：输入O_Input、输出O_Output、动作活动O_Action、消息流O_Message、状态O_State、时间序列O_Time、事件分支点O_Decision：O_Fuctionflow＝(O_Input，O_Output，O_Action，O_Message，O_State，O_Time，O_Decision)    (13)建立操作活动分解树模型O_Activity，即建立舱压控制系统的OV‑5a视图，在OV‑5a视图中绘制活动图以定义舱压控制系统的功能活动的操作流程；针对CV‑1与OV‑1中定义的各场景与系统状态O_Scenes，分别对应各用例场景绘制活动图模型以反映系统不同功能操作活动流，每一个活动图中绘制活动事件或动作事件作为基本元素O_Action，通过构建控制流或对象流描述活动事件或动作事件的先后顺序与关联关系O_Time，建立判断点表明功能流遇到的条件判断分支O_Decision，同时指示操作活动流的前进方向或者合并功能分支流；一个完整的活动图，应反映了包含输入O_Input、输出O_Output在内的一个舱压控制系统的功能活动流；不同场景和运行状态下的所有的活动图即构成OV‑5a操作活动分解树模型：绘制时序图反映各功能活动的执行周期，通过建立生命线表明各功能活动O_Action的开始与终结以及功能活动交互对象C_object、C_environment，建立消息序列反映功能活动之间消息流O_Message的交流方向与时段；时序图的绘制描述舱压控制系统功能活动之间消息发送的先后顺序O_Time与输入输出O_Input、O_Output，所有的时序图构成舱压控制系统的OV‑6c事件追踪描述模型O_Event；将OV‑5a操作活动分解树模型与OV‑6c事件追踪描述模型的信息汇总，绘制状态机图描述基于舱压控制系统的不同运行状态O_Scenes，反映舱压控制系统的所有情形下的功能活动流程O_Action与时序O_Time；以状态或状态机反映舱压控制系统的运行状态O_Scenes，以转变连接器及转变连接器的属性(trigger、guard、effect)建立不同运行状态之间的切换关系O_Decision，同时反映切换过程中的消息流，每一个状态机元素中可继续扩展下层系统状态，以起始点和终点表明每个运行状态的执行过程，即完成构建OV‑6b状态转换描述模型O_State；OV‑6b状态转换描述模型是一个多层迭代的状态机模型，提供了功能模型设计的一个可执行的功能完整性验证；步骤4：建立基于系统视角SV的系统架构模型系统视角是用于阐明舱压控制系统的组成结构和内部互连信息，以及其他系统提供或支持操作和能力的解决方案的设计；基于系统视角SV的系统架构模型，包括SV‑4系统功能描述模型S_FunctionDes、SV‑1系统接口描述模型S_InterfaceDes、SV‑5活动‑系统关系模型S_Activity‑_Sys和SV‑3系统‑部件关系模型S_Sys‑Part：∑_SV＝(S_FunctionDes，S_InterfaceDes，S_{Activity‑Sys}，S_Sys‑Part)    (17)在SV‑4视图即系统功能描述模型S_FunctionDes中，绘制模块定义图，将舱压控制系统的OV‑5a操作活动分解树模型、OV‑6c事件追踪描述模型和OV‑6b状态转换描述模型分配到具体的实体S_part上，通过定义模块(Block)并撰写模块特性S_partFeature，表明舱压控制系统内部的物理架构组成以及部件模块的结构特性与行为特性：在SV‑1视图中的系统接口描述模型S_InterfaceDes中绘制内部模块图，内部模块图描述系统部件的接口S_{PartInterface}和数据传输格式信息S_Resource；建立零件图与接口单元，并根据基于操作视角(OV)的活动资源流模型O_Resource撰写数据传输格式信息S_Resource，结合SV‑4系统功能描述模型中定义的实体S_Part，完成系统部件接口S_{PartInterface}的定义：构建矩阵表格定义SV‑5活动‑系统关系模型S_{Activity‑Sys}和SV‑3系统‑部件关系模型S_Sys‑Part，在SV‑5活动‑系统关系模型S_{Activity‑Sys}中，根据SV‑4系统功能描述模型中定义的部件S_Part，结合在OV‑5a中定义的操作活动分解树模型O_Activity描述的舱压控制系统的功能活动流，明确系统功能分析(OV)模型中定义的各功能活动流O_Fuctionflow执行所需要或涉及的各系统部件S_Part，表明各功能活动O_Action与其执行对应的部件S_Part之间的关系；在SV‑3系统‑部件关系模型S_Sys‑Part中，结合OV‑2活动资源流模型O_Resource，定义SV‑4系统功能描述模型中定义的部件S_part与其他系统S_OtherSys的包含关系，表明该部件重复用于其他系统，或该部件引用于其他系统：SV‑5活动‑系统关系模型矩阵表格的行是操作视角的系统功能分析模型中所有定义的主要功能活动O_{Activity‑Function}，SV‑5活动‑系统关系模型矩阵表格的列是基于系统视角的部件S_part；其中SV‑3系统‑部件关系模型的行是操作视角的系统功能分析模型中所有其他系统S_OtherSys，SV‑3系统‑部件关系模型矩阵表格的列是基于系统视角的部件S_part；SV‑5活动‑系统关系模型矩阵表格中每一个元素分别反映了基于系统视角定义的部件与基于操作视角定义的操作活动之间的关联，SV‑3系统‑部件关系模型矩阵表格中每一个元素分别反映了基于系统视角的部件与其他系统的交联关系，SV‑5活动‑系统关系模型矩阵表格将OV与SV模型关联起来，SV‑3系统‑部件关系模型矩阵表格快速浏览系统资源之间的交互。