基于MBSE的復雜裝備系統(tǒng)設計：理論與實踐

理論篇
第1章 基于模型的系統(tǒng)工程概論 2
1.1　基于模型的系統(tǒng)工程的歷史背景 2
1.1.1 系統(tǒng) 2
1.1.2 系統(tǒng)工程 4
1.1.3 基于文檔的系統(tǒng)工程 5
1.1.4 基于模型的系統(tǒng)工程 6
1.2　MBSE定義 7
1.3　MBSE研究現(xiàn)狀 8
1.3.1 國外MBSE的研究與發(fā)展 8
1.3.2 國內(nèi)MBSE的研究與發(fā)展 10
1.4　MBSE關(guān)鍵技術(shù) 11
1.4.1 建模語言 11
1.4.2 建模方法論 14
1.4.3 建模工具 15
1.5　MBSE應用 16
1.5.1 MBSE在航空航天領(lǐng)域的應用 16
1.5.2 MBSE在其他領(lǐng)域的應用 19
1.5.3 前沿應用探索 20
參考文獻 21
第2章 系統(tǒng)設計建模 23
2.1　系統(tǒng)的設計理論與方法 23
2.1.1 系統(tǒng)化設計方法論 23
2.1.2 公理化設計理論 24
2.1.3 質(zhì)量功能展開方法論 26
2.1.4 發(fā)明問題解決理論 27
2.2　系統(tǒng)建模方法論 28
2.2.1 系統(tǒng)建模方法論之OOSEM 28
2.2.2 系統(tǒng)建模方法論之OPM 32
2.2.3 系統(tǒng)建模方法論之Harmony-SE 37
2.3　SysML系統(tǒng)建模語言基礎(chǔ) 41
2.3.1 需求圖 42
2.3.2 行為圖 45
2.3.3 結(jié)構(gòu)圖 50
2.3.4 參數(shù)圖 55
參考文獻 56
第3章 系統(tǒng)仿真驗證 59
3.1　系統(tǒng)仿真驗證概述 59
3.1.1 系統(tǒng)仿真 59
3.1.2 系統(tǒng)仿真的過程與特點 62
3.1.3 系統(tǒng)仿真的發(fā)展與應用 64
3.2　聯(lián)合仿真建模驗證 65
3.2.1 系統(tǒng)仿真建模概述 65
3.2.2 控制系統(tǒng)仿真建模與求解 66
3.2.3 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)仿真建模與求解 73
3.3　多領(lǐng)域統(tǒng)一建模驗證 76
3.3.1 Modelica建模方法概述 76
3.3.2 連續(xù)物理系統(tǒng)仿真建模 79
3.3.3 離散物理系統(tǒng)仿真建模 86
參考文獻 87
第4章 系統(tǒng)多學科設計優(yōu)化 88
4.1　系統(tǒng)多學科設計優(yōu)化理論 88
4.2　靈敏度分析技術(shù) 91
4.2.1 單學科靈敏度分析技術(shù) 92
4.2.2 多學科靈敏度分析技術(shù) 93
4.3　多學科設計優(yōu)化算法與策略 96
4.3.1 多學科設計優(yōu)化算法 96
4.3.2 多學科設計優(yōu)化策略 99
參考文獻 109
第5章 工程化需求管理 111
5.1　需求表達 111
5.1.1 用戶需求獲取 111
5.1.2 規(guī)范化的需求條目 115
5.1.3 需求文檔編寫原則 118
5.2　需求追溯 122
5.2.1 需求追溯與可追溯性 122
5.2.2 可追溯性指標 126
5.3　需求變更 128
5.3.1 技術(shù)狀態(tài)管理概述 128
5.3.2 需求變更控制與管理 131
5.3.3 需求變更影響評估 135
參考文獻 138
實踐篇
第6章 國產(chǎn)基于模型的系統(tǒng)工程系列軟件及案例背景簡介 142
6.1　蘊象系統(tǒng)工程軟件（SysDeSim）簡介 142
6.2　SysDeSim.Arch軟件的集成配置方法 145
6.2.1 SysDeSim.Arch軟件與SysDeSim.Req軟件的集成配置 145
6.2.2 SysDeSim.Arch軟件與MATLAB軟件的集成配置 147
6.3　案例綜述 149
6.3.1 防區(qū)外打擊作戰(zhàn)樣式的體系架構(gòu)建模 149
6.3.2 防區(qū)外打擊裝備的概念方案 151
6.3.3 基于MBSE的防區(qū)外打擊裝備設計過程 154
參考文獻 155
第7章 基于SysDeSim的系統(tǒng)總體設計與建模應用-問題域 156
7.1　問題域概述 156
7.2　黑盒視角問題域分析與建模 157
7.2.1 P-R初始階段：利益相關(guān)者需求建模 157
7.2.2 B-S初始階段：系統(tǒng)環(huán)境元素建模 162
7.2.3 B-B：用例與用例場景建模 164
7.2.4 B-S最終階段：系統(tǒng)環(huán)境元素的交互建模 168
7.2.5 B-P：系統(tǒng)效能指標建模 170
7.3　白盒視角問題域分析 172
7.3.1 W-F初始階段：功能分析 173
7.3.2 W-S：邏輯子系統(tǒng)交互及其通信建模 175
7.3.3 W-F最終階段：功能分配 180
7.3.4 W-P：分系統(tǒng)效能指標 181
7.3.5 P-R最終階段：利益相關(guān)者需求追溯分析 182
第8章 基于SysDeSim的系統(tǒng)總體設計與建模應用-解決域 184
8.1　解決域概述 184
8.2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建模 187
8.2.1 S-R初始階段：系統(tǒng)需求及其衍生關(guān)系建模 187
8.2.2 S-S初始階段：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建模 191
8.2.3 S-SS：分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建模 194
8.2.4 S-SB：分系統(tǒng)行為建模 198
8.3　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置 203
8.3.1 S-S最終階段：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置 203
8.3.2 S-R最終階段：系統(tǒng)配置方案與系統(tǒng)需求之間的細化關(guān)系建模 205
第9章 系統(tǒng)仿真驗證應用 207
9.1　系統(tǒng)參數(shù)仿真驗證 207
9.1.1 系統(tǒng)參數(shù)建模 207
9.1.2 基于MATLAB的系統(tǒng)參數(shù)仿真建模 212
9.1.3 系統(tǒng)參數(shù)仿真計算與驗證 217
9.2　系統(tǒng)行為仿真驗證 218
9.2.1 行為仿真UI建模 218
9.2.2 行為仿真分析 220
第10章 面向系統(tǒng)模型的多學科設計優(yōu)化應用 226
10.1　基于SysML模型的多學科設計優(yōu)化 226
10.1.1 多學科設計優(yōu)化問題定義 226
10.1.2 基于遺傳算法的多學科設計優(yōu)化求解流程 228
10.1.3 基于SysML模型的多學科設計優(yōu)化求解 230
10.2　基于多學科設計優(yōu)化工具的優(yōu)化求解 235
10.2.1 多學科設計優(yōu)化工具簡介 235
10.2.2 基于多學科設計優(yōu)化工具的優(yōu)化建模實例 238
10.2.3 基于不同優(yōu)化算法的求解結(jié)果分析 242
第11章 與系統(tǒng)模型結(jié)合的需求管理工具應用 253
11.1　需求表達 253
11.1.1 需求條目編寫 253
11.1.2 需求文檔生成 257
11.1.3 基于“五值”的指標體系 259
11.2　需求追溯 263
11.2.1 需求鏈接管理 263
11.2.2 需求鏈接分析 267
11.2.3 追溯鏈管理 269
11.3　需求變更 270
11.3.1 基線管理 270
11.3.2 基線集管理 275
11.3.3 需求變更與影響分析 281
附錄A 283
附錄B