【摘 要】
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近年来,民机系统已呈现功能复杂、高安全性要求等特点,系统内部、系统与外界的交互会产生功能和结构上更复杂的依赖和耦合关系,因此,对现代民机系统在其概念设计阶段进行系统功能架构设计已成为不可缺少的重要一环。像机载平视显示系统（Head-up Display System,HUDS）这样的关键航电系统,其系统架构设计过程强调对设计数据的可追溯性、对早期设计的可测试性和协同设计能力。基于文档的传统设计方法
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近年来,民机系统已呈现功能复杂、高安全性要求等特点,系统内部、系统与外界的交互会产生功能和结构上更复杂的依赖和耦合关系,因此,对现代民机系统在其概念设计阶段进行系统功能架构设计已成为不可缺少的重要一环。像机载平视显示系统（Head-up Display System,HUDS）这样的关键航电系统,其系统架构设计过程强调对设计数据的可追溯性、对早期设计的可测试性和协同设计能力。基于文档的传统设计方法弊端日益显现,已无法满足民机系统设计研发和验证需求。基于模型的系统工程（Model-Based System Engineering,MBSE）正成为一种解决系统设计难题的新方法,它以逻辑上以一贯之的多视角系统模型为桥梁,支持系统需求捕获、设计和验证等研发活动,通过模型的迭代递增,实现系统设计及全生命周期内的动态关联,可有效应对传统研发方式的弊端。但同时,MBSE作为新技术被引入研发过程,仍面临在实际应用中亟待解决的问题,包括如何合理利用模型思想来优化需求捕获过程、实现设计追溯、驱动早期验证等。论文结合当前民机系统研制体系,着眼于民机系统数字化设计和HUD系统的应用需求,针对工程实际应用,研究使用MBSE方法解决民机系统需求捕获、功能架构设计与验证相关问题的方法与技术。首先,引入体系结构框架为需求分析提供依据,将系统置于预期运行场景,捕获操作交互与系统接口,结合相关规章标准,得到系统功能需求,研究形成运行场景驱动的结构化需求捕获方法;其次,以MBSE方法论为指导,自顶向下完成多视图模型建立,规范需求分解与传递流程,实现HUD系统功能架构的正向设计,得到基于系统行为的功能架构可执行模型,形成满足系统研发追溯要求的模型化架构设计方案;最后,以ARP4754A为支撑,研究由模型驱动的系统需求确认及动态验证技术,从模型语义语法检查、系统需求确认和基于可执行模型的系统功能架构验证三方面,完成对系统级模型的确认验证,形成模型驱动的系统功能架构确认与验证方案。针对当前民机系统研制流程的现状与发展,本文遵循功能架构正向设计思路,以机载HUD系统为例,建立了面向民机系统基于MBSE方法的顶层需求捕获、架构建模与确认验证机制,形成了以“场景-需求-功能-架构”为主链的民机航电系统功能架构结构化设计方法,对完善民机复杂系统正向设计过程及未来MBSE在型号研制中的应用有参考意义。
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