摘要:将改善后的公理化设计方法与基于模型的系统设计结合,提出了一种面向复杂工程系统的基于模型的公理化设计方法 (Axiomatic model based systems design, A-MBSD)。用例、活动和交互等系统行为作为连接系统功能和结构的桥梁被引入公理 化设计中,形成新的行为域,从而整个设计过程能够被需求-功能-行为-结构之间的映射有效地表示。在 A-MBSD 中,一方 面设计师可以利用设计域之间的"Z"字形映射描述系统设计从抽象到具体的演变;另一方面,设计师可以通过独立公理判 断系统设计的耦合性, 在设计早期发现设计参数之间的冲突。 为了保证系统建模的统一性, 使用 SysML 的扩展机制 stereotypes 将公理设计的核心概念定制到一般的系统设计过程中,形成 A-MBSD 建模 profile。通过一个森林火灾卫星监控系统的设计证 明了行为域的引入提高了设计矩阵的可靠性、基于模型的技术保证系统模型的统一性,并使设计师理解功能耦合的原因。 关键词:基于模型的系统设计;公理化设计;系统建模语言;复杂工程系统 中图分类号:TG156 Abstract:The

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... omatic design approach is integrated with model-based systems design so that a unified systems design approach axiomatic model based systems design (A-MBSD) for complex engineering systems is proposed. Systems behaviors like use cases, activities and interactions is combined in Axiomatic Design forming a new behavior domain to bridge system functions and structures, which enables the mapping relations among requirements-functions-behaviors-structures represent the whole design process explicitly and effectively. In A-MBSD, designers are not only able to describe the evolvement of a system design process by "Z" mapping among different design domains, but also identify conflicts between design parameters by analyzing the coupling of the system using the Independence Axiom. To maintain the consistency of system models, the A-MBSD modeling profile is constructed through the SysML stereotypes extension mechanism. The result of a Forest Fires Satellite Monitoring and Control System (FFSMCS) design shows that the new behavior domain improves the reliability of the design matrix, model-based technology enhances the unity of the system model and enables designer understand the coupling of a system design. Key words:model-based systems design;axiomatic design;systems modeling language;complex engineering system 0 前言* 汽车、卫星和飞机等大型产品的开发是一项复 杂的系统工程。其零部件数量巨大,涉及工程学科 众多,设计复杂性高。文献[1]指出系统设计是系统 工程中重要的技术流程,用来定义系统需求和确定 总体设计方案,决定了后续的系统集成、测试、验 证和运行过程。系统设计一般分为需求分析、功能 * 国防基础科研资助项目(C0320110002)。 20170408 收到初稿, 20171213 收到修改稿 分析和设计综合三个阶段 [2] 。传统的基于文档的系 统设计(Document-based systems design, DBSD)过程 使用文档来表达这些阶段产生的信息 [3] ,例如,需 求说明书、接口定义文档、N 平方图、系统设计说 明书等,不同学科的设计师能够使用这些文档有效 地表达各自的设计思想。但是,随着现代产品复杂 性的增加,DBSD 已不适用于其系统设计,因为这 些分布在不同类型文档中的信息并不一致,并且难 以管理。不同学科设计师之间不得不花费大量时间 通过交流来理解设计意图计和避免歧义。 基于模型的系统设计(Model-based systems design, 月 2018 年 4 月 王昊琪等:复杂工程系统下基于模型的公理化设计方法 185