[发明专利]一种基于模型的装备系统功能需求分析方法

说明书

本发明的目的在于提出一种适用于复杂无人机系统总体设计的基于模型的功能需求分析方法，包括以下步骤：(1)设计生命周期片段场景，建立生命周期划分图、片段场景系列图、片段场景概述图；(2)明确系统内外部要素，建立要素类别图和要素实例图；(3)分析两级要素行为，建立活动图和序列图；(4)分类汇集、定义并映射操作性需求和交互性需求，形成功能需求表单；(5)编制形成无人机系统功能需求文件。相比现有技术建模工作量大为降低，能够有效开展多部门多专业并行工作，显著提高了复杂无人机系统功能需求分析的效率。

技术领域

本发明可能涉及系统工程、无人机等技术领域，特别涉及一种基于模型的装备系统功能需求分析方法。

背景技术

无人机系统是由飞机、载荷、指控系统等组成的航空装备，在装备使用人员的操作下完成作业任务。随着无人机系统运用领域的不断扩大和任务能力的不断增强，无人机系统的功能日益复杂。实现多无人机协同、有人/无人机协同、人工智能博弈等能力成为无人机系统研发的新目标。由此，越来越多的内外要素、逻辑关系、系统行为必须在无人机系统总体设计初期就加以考虑，通过充分的功能需求分析，定义形成清晰、完备的无人机系统功能需求，从而为无人机系统架构设计和分系统研发提供输入。

新兴的基于模型的系统工程利用标准建模语言开展设计活动，为无人机系统功能需求分析提供了新的工作范式。主流标准系统建模语言SysML通过结构图、行为图的方式，能够对无人机系统相关的内外要素、逻辑关系、系统行为进行模型化表达，建立起功能需求和系统行为的追溯关系。在此基础上，需要一套功能需求分析方法，明确无人机系统功能需求分析的步骤、对象、内容和结果形式，从而指导基于模型的系统功能需求分析实际开展。

然而，适用于复杂无人机系统工程研发的基于模型的功能需求分析方法并不成熟，现有的一些方法在无人机系统总体设计的工程实践中存在不足。例如采用美国IBM公司的Harmony方法或法国达索公司的MagicGrid方法进行复杂无人机系统的功能需求分析，建模环节多，工作流程长，人力资源投入大，多专业并行工作难，不能满足无人机系统总体设计的快速精益研发要求。因此，需要一套建模工作量适度、分析设计流程清晰、能够实现多专业并行工作的功能需求分析方法，从而提高复杂无人机系统总体设计的功能需求分析效率。

发明内容

本发明的目的:提出一种适用于复杂装备总体设计的基于模型的功能需求分析方法，通过设计生命周期片段场景，定义两级要素类别和要素实例，分析各片段场景两级行为，建立遂级分解的活动图、序列图，分类汇集、定义并映射功能需求，形成功能需求表单、需求-行为映射矩阵，编制装备功能需求文件，从而为装备架构设计和分系统研发提供输入。

本发明的技术方案:一种基于模型的装备系统功能需求分析方法，所述的方法包括如下步骤：

步骤(1)，将装备全生命周期按阶段划分，对每一个阶段分析设计相应的一系列片段场景；并明确每一个片段场景待分析的内部要素和外部要素。

步骤(2)，根据装备全生命周期的全部片段场景，对内外部要素进行分类，定义一级要素类别、二级要素类别；进而针对每一个片段场景，剪裁形成该片段场景涉及的内外部要素类别，确定所对应的一级要素实例、二级要素实例；

步骤(3)，对每一个片段场景做要素实例的行为分析：首先以片段场景中的一级要素实例为分析对象，设计一级活动和流程，建立一级活动图；其次围绕一级要素实例，将每一个一级活动分解分配为一级要素实例的行为，建立一级序列图；然后依据一级序列图设计二级活动和流程，建立二级活动图；最后围绕二级要素实例，将每一个二级活动分解分配为二级要素实例的行为，建立二级序列图；

步骤(4)，对每一个片段场景进行功能需求定义：首先按二级要素类别对二级序列图中的操作和消息进行汇集，将每一个操作定义为一个功能性需求，将每一个消息定义为一个交互性需求；然后对操作性需求和交互性需求进行归并，得到功能需求条目，形成功能需求表单；最后建立功能需求条目与操作、消息之间的映射关系，建立需求-行为映射矩阵。