[发明专利]一种基于MBSE的顶层系统设计方案验证、优化和评估方法

权利要求书

1.一种基于MBSE的顶层系统设计方案验证、优化和评估方法，在设计过程中，运用系统建模语言按照需求、功能和结构的顺序建立模型描述顶层系统设计方案，在建模过程中对设计方案进行验证，减少方案中不一致的错误；按照SysML部分模型中建模元素转换为Petri网建模元素的转换规则，软件编程实现SysML设计方案到Petri网方案的转换；对转换后的Petri网方案进行仿真评估；根据评估结果对设计方案进行优化。

2.根据权利要求1所述的一种基于MBSE的顶层系统设计方案验证、优化和评估方法，其特征在于：包括以下步骤，设计方案建模与验证，需求建模与验证，功能建模与验证，结构建模与验证，设计方案转换，Petri网方案评估和设计方案优化。

3.根据权利要求2所述的一种基于MBSE的顶层系统设计方案验证、优化和评估方法，其特征在于，具体步骤为：

(1)设计方案建模与验证，包括：运用SysML对顶层系统设计方案的需求、功能、结构三个方面进行建模，形成完整的设计方案模型，并通过对模型的验证来确认设计方案的合理性；

(2)需求建模与验证，是步骤(1)中的一个子步骤，包括：列出系统需求列表，描述设计方案中对系统性能指标需求或功能需求；运用SysML对需求建立需求图模型，描述需求与需求的包含关系，根据需求模型图确认需求之间是否冲突，验证需求合理性；根据需求确定系统顶层功能，将系统功能划分为几个相对独立的功能部分；

(3)功能建模与验证，是步骤(1)中的一个子步骤，包括：根据需求确定的顶层功能，运用SysML建立用例图模型，描述系统顶层功能顺序流程和系统与外部环境的交互关系；建立SysML需求图模型验证系统功能是否能满足系统需求，确认每一项系统需求是否有相应的系统功能与之对应；运用SysML建立活动图模型，分别具体描述每个顶层功能的内部功能流程，然后将各个顶层功能内部流程组合起来，建立整个顶层系统活动图模型；

(4)结构建模与验证，是步骤(1)中的一个子步骤，包括：根据顶层系统功能流程，确定系统的结构组成，将相似或相对独立的功能分配到物理组成部分进行实现，建立SysML的块定义图模型描述顶层系统的结构层次关系；将顶层系统活动图模型中的各个活动划分到系统结构各个组成部分中，建立带泳道的活动图模型，验证系统结构是否能支持系统功能划分；

(5)设计方案转换，包括：运用自主编写的软件实现SysML模型中用例图、活动图、状态图按照建模元素映射规则到Petri网模型的转换，将描述系统顶层功能流程的用例图，描述整个顶层系统的活动图或状态图转换为Petri网模型；

(6)Petri网方案评估，包括：检查转换后Petri网模型中是否存在死锁或资源冲突，对初始令牌数量进行赋值，明确决策节点转换的分支结构中的选择条件，进行仿真运行并统计结果；

(7)设计方案优化，包括：根据建模验证步骤中的模型验证结果，以及转换为Petri网模型的仿真结果，对设计方案进行调整，改变顶层系统需求或不合理的结构、功能设计。

4.根据权利要求3所述的一种基于MBSE的顶层系统设计方案验证、优化和评估方法，其特征在于：步骤(4)还包括进一步细化系统结构，建立SysML时序图模型明确系统内部结构以及各个子系统之间的动态交互过程，确认交互的端口与接口；建立SysML内部块图模型描述系统内部结构的端口和接口。

5.根据权利要求3所述的一种基于MBSE的顶层系统设计方案验证、优化和评估方法，其特征在于：以需求牵引功能，以功能决定结构的顺序，对顶层设计方案进行建模和验证，从需求出发确认系统功能及子功能，用系统需求验证系统功能设计的合理性，将系统功能进一步细化后据此验证系统结构合理性，验证过程中可以对设计方案进行改变和调整，对方案进行优化。

6.根据权利要求3所述的一种基于MBSE的顶层系统设计方案验证、优化和评估方法，其特征在于：基于MBSE，运用模型而不是文档来描述顶层系统设计方案，能够提高不同领域人员之间交互的能力，并减少模型的不一致性和错误，尽早发现需求问题，增强系统设计的完整性，细化对软硬件的需求描述、减少系统集成与测试中的错误、增强需求的可追溯性、保持研试文档的一致性。