MBSE在蒸发循环制冷系统设计中的应用

仇振安毛阳韩刚强张行杨冰洁

（1.陆军航空兵军代局驻洛阳地区军事代表，河南洛阳 471000；2.新乡航空工业（集团）有限公司，河南新乡 453000）

MBSE在蒸发循环制冷系统设计中的应用

仇振安1毛阳1韩刚强2张行2杨冰洁2

（1.陆军航空兵军代局驻洛阳地区军事代表，河南洛阳 471000；2.新乡航空工业（集团）有限公司，河南新乡 453000）

本文主要介绍基于Rhapsody的需求分析、功能分析及架构设计的流程和方法在某蒸发循环制冷系统设计中的应用，通过模型的方式对系统建立用例、功能流、时序关系和可用于执行验证的状态机来描述系统，指导蒸发循环制冷系统在设计过程中的需求分析、功能分析和设计综合工作，探索MBSE方法在蒸发循环制冷系统设计中的指导作用。

MBSE；需求分析；蒸发循环制冷系统

传统的蒸发循环制冷系统设计都是基于文档的，由于蒸发循环制冷系统是一个涉及机、电、液等多学科融合的系统，不同设计人员所关注的领域不同，从文档中读取信息很容易产生理解的不一致，造成产品在研制过程中出现“拖、降、涨”（拖进度、降指标、涨费用）的现象。

MBSE能有效解决这些问题，其是采用模型驱动的方式进行需求分析、功能分析及设计的工程方法，其结构化、模型化的系统需求、功能与架构定义、分配与追踪关系能够快速响应需求的变化，并及时指导后期的设计、实现及验证过程［1，2］。

1 需求分析

1.1 确定用例

对需求进行分类，筛选出其中的系统级功能需求，根据功能需求确定合适的用例。用例是系统的功能性描述，是对系统需求的实现，与系统需求之间具有一定的关联关系。

制冷系统主要有自检、调节亮度、制冷和通风4个功能，与外部的交互对象为飞行员和配电系统。

1.2 分配需求到用例

分配需求到系统用例一方面可以进行需求的覆盖率分析，检查是否所有的需求都有对应的用例来完成，保证在后续的功能分析中没有遗漏需求；另一方面可以检查是否所有的用例都来源于真实的需求而不是凭空捏造，保证不会出现冗余的功能设计。

经覆盖率分析，制冷系统共有52条功能需求，所有功能需求均关联到了用例，需求覆盖率为100%。

2 功能分析

2.1 建立活动图

在功能分析阶段，针对系统用例，搭建反映系统运行情况的活动图、反映系统运行时序的时序图以及用于模型执行的状态图，描述系统的运行状态。以下仅以制冷用例进行描述，图1描述了制冷系统为了完成制冷功能所要执行的一系列活动与操作。

图1 制冷用例主活动图

2.2 建立时序图

根据制冷系统制冷用例的活动图，建立制冷系统制冷用例时序图，下面仅以制冷系统制冷用例设置风速时序图为例进行说明。图2为制冷用例设置风速时序图（部分），该时序图将制冷系统与外部操作者（Pilot）的交互关系表示成一个二维图。纵向是时间轴，时间沿竖线向下延伸，横向代表操作者（Pilot）在设置风速时与制冷系统进行的随时间的流逝而发生的消息交换及执行的动作。

图2 制冷用例设置风速时序图（部分）

2.3 建立接口图

根据制冷用例时序图建立制冷用例接口图（IBD图），接口是系统与外部交互者进行交互的一种手段，系统与交互者通过接口进行交互。图3描述了制冷系统在执行制冷功能时，操作者（Pilot）与制冷系统进行的一系列消息交换及执行的动作。

图3 制冷用例IBD图

2.4 建立并运行状态图

状态图主要用于描述一个对象在其生命周期内的动态行为，状态图是可以运行的，通过状态图的运行来检验构建的模型是否符合系统需求。

3 设计综合

设计综合是在综合考虑所有制冷系统系统功能的基础上进行架构分析与设计，将制冷系统拆分成部件，然后基于统一架构对每一个用例按部件进行功能分解与分配。

3.1 架构分析

架构分析主要是在综合考虑制冷系统自检、调节亮度、制冷和通风4个用例的基础上，针对多个备选解决方案完成权衡分析，并综合考虑系统质量、成本、性能等指标，确定最佳解决方案。

3.2 架构设计

架构设计是在建好的制冷系统逻辑架构的基础上，将黑盒阶段活动图中各元素分配到6个部件模块功能中，形成泳道图，通过这种图形化语言建立了6个部件间的信息传递关系。

白盒阶段已把系统分解成部件，此时的IBD图相比黑盒阶段的IBD图，一方面是已把黑盒打开，描述的是外部交互对象与部件间的关系；另一方面，此时的接口信息还包含了各部件或功能间的接口关系。

4 结论

本文介绍的基于Rhapsody的系统工程方法通过模型化的方式建立系统的用例图、活动图、时序图和状态图，有效地指导蒸发循环制冷系统设计人员进行系统需求分析、功能分析及架构设计等相关工作，保证系统需求梳理较为全面、正确，为下一步正确设计系统奠定基础。

［1］国际系统工程协会（INCOSE）.INCOSE系统工程手册系统：生命周期流程和活动指南［M］.张新国，译.北京：机械工业出版社，2013.

［2］MEC Hull，K Jackson，J Dick.需求工程［M］.韩柯，译.北京：清华大学出版社，2003.

Application of MBSE in Design of Evaporative Circulation Refrigeration System

Chou Zhen'an1Mao Yang1Han Gangqiang2Zhang Hang2Yang Bingjie2
（1.Army Military Corps in Luoyang Area Military Representative，Luoyang Henan 471000；2.Xinxiang Aviation Industry(Group) Co.,Ltd.，Xinxiang Henan 453000）

This paper mainly introduced the flow and method of requirement analysis,functional analysis and architecture design which based on Rhapsody,then illustrated the application of them in the design of evaporation circulating refrigeration system,described the system by building use case,functional flow,sequence relation and statechart, so that it can be used as a guide to requirement analysis,functional analysis and design synthesis in the design process of evaporation circulating refrigeration system,and then explored the guiding function of MBSE.

MBSE；requirement analysis；evaporative circulation refrigeration system

V245.3

A

1003-5168（2017）04-0096-02

2017-03-12

仇振安（1981-），男，硕士，工程师，研究方向：航空发动机技术、现代质量管理技术研究。