基于模型的民用飞机集成设计研究

作者:乔文峰;李正强;黄帅;姚志超 刊名:航空制造技术 上传者:陈岚

【摘要】在研究基于模型的飞机集成研发方法发展历程的基础上,结合民机开发集成的主流设计方法与新技术,研究了基于模型驱动系统工程的设计技术。深入分析基于模型驱动系统工程的相关基础理论和实际应用,进而推动集成研发技术的进一步发展,对于逐步实现飞机集成研发过程的完整性和系统性具有重要意义。

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在研究基于模型的飞机集成研发方法发展历程的基础上,结合民机开发集成的主流设计方法与新技术,研究了基于模型驱动系统工程的设计技术。深入分析基于模型驱动系统工程的相关基础理论和实际应用,进而推动集成研发技术的进一步发展,对于逐步实现飞机集成研发过程的完整性和系统性具有重要意义。中国商飞上海飞机设计研究院乔文峰李正强黄帅姚志超业学科方法论。系统工程中,集成是指系统/设备中的各元件能够协同运作并使若干分离功能集成到单个实施过程中的行为。从集成的定义可以得出,集成就是把系统各类要素有机结合形成一个整体,使系统具备大于各要素功能之和的整体新功能的过程,集成本身就是系统工程最重要的方法。传统应用集成技术已经逐渐不能适应信息化的需要,由于其自身的局限性和互操作性问题,难以适应开发复杂大系统下的应用集成的发展需求[2]。为了有效克服传统技术的种种弊端,提出了基于模型驱动思想的集成方案。系统复杂性和运营安全性是民用飞机的两大基本特征,决定了民用在当今全球化竞争背景下,飞机研制面临着前所未有的挑战。大型商用飞机在研制过程全球化、更多优秀供应商参与的背景下,为了满足用户的需求,需要在更短的周期开发出效益更高、性能更优越、功能更齐全的民机,许多方面表现出了在其他项目中见不到的复杂性。大型民机项目不仅需要技术创新,攻克众多的技术难关,更需要运用高效的集成研发技术手段,排除过程中的各种风险。商用飞机是一个复杂系统,表现在项目规模庞大,涉及的子系统众多,应用的技术标准庞杂,强制性的必须满足适航当局的规章和技术标准覆盖了全机的设计、制造和运营[1],专业领域则涉及材料、环境、软硬件开发和研制条件技术保障。针对不同等级层次的需求和对象,集成的目标对象也是不同的,包括产品集成、系统间集成等。图1描述了不同等级和层次集成的关系。系统工程是用于系统设计、实现、技术管理、运行使用和退役的专乔文峰工学硕士,现任中国商飞上海飞机设计研究院民用飞机模拟飞行国家重点实验室工程师,研究方向为工程模拟器研制与试验验证。飞机设计开发与制造的技术难度,要求项目从全生命周期考虑包括管理和技术的系统工程方法。随着产品全生命周期概念的形成和内涵的不断丰富,以及产品全生命周期开发模型(如Royce瀑布模型、Boehm螺旋模型和MoogV字形模型)在复杂系统开发项目中的广泛应用,现代系统工程理论和方法得到快速发展,在工业界形成系统工程标准,得到了多国政府主管部门的认可[2]。如美国联邦航空管理局于2011年9月发布咨询通告AC20-174,认可SAEARP4754A为大型飞机系统开发保障过程的一个可接受方法。目前,我国在民用飞机系统集成方面尚未形成成熟和健全的系统工程思想,更缺少能提供高质量民用飞机系统需求的捕获方法和工具。为了适应和满足民机研发过程的复杂性和民机设计安全性要求的特点,基于模型的飞机系统集成构架设计,是应对民用飞机复杂性设计集成的有效手段。本文在研究基于模型的飞机集成研发方法发展历程的基础上,结合民机开发集成的主流设计方法与新技术,研究了基于模型驱动系统工程的设计技术。深入分析基于模型驱动系统工程的相关基础理论和实际应用,进而推动集成研发技术的进一步发展,对于逐步实现飞机集成研发过程的完整性和系统性具有重要意义。国内外研究状况基于文件的系统工程自20世纪40年代提出以来,对民用飞机产品的系统设计作出了重要贡献,有力支持了产品的系统设计。然而,随着民用飞机系统复杂性的不断增加,尤其是异地分布式设计的出现,基于文件的系统工程已越来越无法满足要求,模型驱动的系统设计(Model-DrivenSystems

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