浅析MBSE在国际民用航空领域的应用

蔡昀彤

摘 要：为了应对民用航空领域设计制造及试验等诸多新挑战，基于模型的系统工程方法，即MBSE被广泛地采用。MBSE方法被认为是解决复杂系统动态交联的工程问题的唯一最有效和最经济的方法。该文首先介绍了MBSE的产生背景。之后描述了其涵盖的主要方法与技术手段，并结合国际主民机制造商即波音和空客的项目为例来介绍该方法在民用航空领域的发展。

关键词：MBSE 基于模型的系统工程 民用航空

中图分类号：V57 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（c）-0017-02

1 MBSE的背景

仿真技术在民用飞机以及飞机系统的研发中已经变得非常普及。甚至仿真技术更是贯穿了整个飞机产品研制流程。

近年来，民用飞机向“多电”飞机发展的趋势越来越明显。其相关配套技术也越来越成熟。这些技术使飞行变得更安全、更经济和更舒适。但同时，以高速太网为基础的飞机内部网络等多电飞机的众多新技术特征，也使得飞机的研制、试验和验证工作变得非常具有挑战[4]。

2 MBSE的内容

由于民用航空领域产品的复杂性正加速增加，而交付时间又更加缩短。在这种矛盾的情况下，基于模型的系统工程即MBSE的方法和流程被开始提出和采用。国际上的MBSE方法论有多种，例如INCOSE的面向对象的系统工程方法，IBM公司的逻辑统一流程系统工程方法和ViTech公司的基于模型的系统工程方法等。其本质都是通过一套方法和工具来提升应对产品复杂度的能力[3]。

该方法提倡的一些技术，如实时仿真，硬件在环，飞行员在环仿真以及实时开环测试已经成为大势所趋，这些技术或方法帮助应对试验任务越来越复杂的挑战。

同时，采用MBSE方法意味着需要一套工具链来将概念产品更快地推向现实，这些工具应能具备自動代码生成、先进的验证和试验例如硬件在环等技术[1]。

3 国际民机制造商的例子

波音公司在777飞机的早期试验阶段，采用基于模型的系统工程方法，大大缩短了研发航电系统的时间。可靠性分析也在整个流程中被大大提前了[2]。

空客公司在其A350项目中，采用了66个模型仿真项目用来同设备供应商和客户进行沟通，以传递需求确定设计方案。在设计阶段，空客公司利用MBSE方法，将某些试验提前进行了。例如A350的电源试验。早在其铁鸟试验台上进行的硬件试验的2年前的设计阶段，空客公司就通过虚拟试验的方式进行了电源试验，提前排查了可能的风险，降低了成本。如图1所示就是空客公司A350项目的从设计到验证的完整研发流程中采用的MBSE架构[5]。

4 结语

民用航空业正经历着机载系统高度复杂化的发展历程。但由于资金和商业方面的考虑，所有的研发项目都有有限的资源和预算，这就限制了成本和计划。市场竞争正在驱动着的对安全和性能的持续需求。是否能成功地实施基于模型的系统工程将很大程度上取决于该方法论能否满足对生产力提升的需求[6]。

参考文献

[1] Allen， J. L.An overview of Model-Based Development Verification/Validation Processes and Technologies in the Aerospace Industry AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference： American Institute of Aeronautics and Astronautics[Z].2016.

[2] Fortney，G.Model Based System Engineering Using Validated Executable Specifications AS AN Enabler for Cost And Risk Reduction[EB/OL].http：//ww2.esd.org/GVSETS/PDF/SE/SE_0835_FortneyGeorgePresentation_08042014_1657.pdf.

[3] SC James，C Savaglio.The Expanded Reach of Simulation Based Aircraft System Verification and its Software Capability Requirements[J].AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference： American Institute of Aeronautics and Astronautics，2013：328（7439）：221-236.

[4] Rosero，J.A.，Ortega，J.A.，Aldabas，E.，et al. Moving towards a more electric aircraft. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine，2007，22（3）：3-9.

[5] Siemens.Airbus Using model-based systems engineering to develop the next-generation A350 XWB[Z].2014.

[6] W Torres-Pomales.Is Model-Based Development a Favorable Approach for Complex and Safety-Critical Computer Systems on Commercial Aircraft？.Virginia： NASA[Z].2014.endprint