一种由体系架构模型输出的系统总体设计方法与流程

1.本发明涉及系统仿真领域，尤其涉及一种由体系架构模型输出的系统总体设计方法。


背景技术：

2.随着系统工程的理念越来越被大众所认可，国内外相关系统设计厂商普遍采用基于文档或基于模型方法进行系统总体设计。这两种方法都有科学的设计流程做保障以满足系统工程学科的基本要求。然而，这两种方法都存在一定的缺陷，主要表现在以下几点：一、基于文档的总体设计，其顶层功能和指标（设计输入）脱离使用业务，依赖于专家经验：以某种导弹为例，系统总体设计的输入包含击毁目标这个功能，从该功能衍生出的指标包括毁伤概率，杀伤范围以及杀伤目标类型等，这些指标都来自该领域的专家经验。但对于未来的作战业务而言，可能会出现更高价值的目标甚至是非军用目标，这就需要导弹具备目标再判断和毁伤中断的功能，从而输出出更多相关指标参数；二、基于用例的设计，其用例的正确性和完整性无法保证：用例描述了系统的大功能块和服务，定义了系统的边界。然而，在新技术的输出下，系统是否在新作战业务下会产生新的功能块和服务，这些功能块和已有的功能块之间有什么样的调用和依赖关系不能进近通过通过头脑风暴定义，需要引入更进一步的分析和设计方法，一旦用例的正确性和完整性无法保证，整个系统的设计结果将出现严重问题；三、基于运行场景的总体设计，运行场景的完整性无法保证：近几年以泰勒斯公司的arcadia方法进行系统设计的实践也在世界范围内被接受。这种方法的输入或者起始点是基于该系统的运行场景，根据该场景得出系统的功能块和外部接口。然而，当这个运行场景的分析过程不完毕或者有缺陷时，必然会造成功能块或者服务的缺失，引起重大的设计问题。
3.如何有效的定义系统设计的输入要素，包括顶层功能和指标、用例边界和使用场景，已经成为系统总体设计结果好坏的重要影响因素。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：提供一种由体系架构模型输出的系统总体设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.本发明所采用的技术方案是：一种由体系架构模型输出的系统总体设计方法，它包括以下步骤：s1、根据作战需求构建体系架构模型，完成作战体系的系统功能定义；s2、在体系架构模型中，根据系统功能定义完成系统功能度量指标定义；s3、将体系架构模型进行闭环性验证，以此确定其是否满足作战需求；s4、由经过闭环验证的体系架构模型输出系统总体设计需求；s5、根据步骤s4得到的系统总体设计需求开展系统架构模型设计；
s6、将体系架构模型与系统架构模型进行联合仿真，验证是否满足体系架构模型。
6.作为优选，所述体系架构模型采用美国国防部体系架构框架dodaf标准，模型中的视图元素遵循体系架构描述语言updm标准。
7.作为优选，所述系统功能度量指标包括时空指标、保障指标、通信指标以及对抗指标。
8.作为优选，步骤s3中通过离散事件模拟触发来判断体系架构模型是否能够逐步响应，以此确定其是否满足作战需求。
9.作为优选，所述闭环性验证包括基本使用流程验证、对抗条件下流程验证和突发条件下流程验证。
10.作为优选，步骤s4中的系统总体设计需求为系统功能与系统功能度量指标。
11.采用以上方法，与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明根据作战业务需求和系统设计厂商的发展特点，定义和规划符合未来作战业务的作战能力。根据作战能力分析和设计集体的作战行动筹划和作战任务，最后按照作战任务定义新一代系统的总体功能和性能指标，形成面向未来作战需求的新一代系统研制要求，作为新一代系统设计的起点。本方法采用基于模型的方式，即保证设计输入要素的正确性和完整性，同时也提高设计成果的可复用性。
附图说明
12.图1是本发明实施例一中功能度量指标定义示意图。
13.图2是本发明实施例一中体系架构模型与系统架构模型联合仿真的示意图。
14.图3是实施例二的体系架构模型中系统与相关系统及人员组成图的示意图；图4是基于图3的各系统展开系统功能定义的作战行动筹划示意图。
15.图5是在图4的基础上引入系统的同步/异步消息定义及运行场景示意图。
16.图6是实施例二中体系架构模型中的系统功能度量指标定义示意图。
17.图7是实施例二中分系统运行行为状态转移示意图。
18.图8是实施例二中体系架构设计模型向体系总体设计输出要素示意图。
19.图9是实施例二中体系-系统纵向联合仿真验证示意图。
具体实施方式
20.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同 或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描 述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
21.一种由体系架构模型输出的系统总体设计方法，它包括以下步骤：s1、根据作战需求构建体系架构模型，完成作战体系的系统功能定义；体系架构模型采用美国国防部体系架构框架dodaf标准，模型中的视图元素遵循体系架构描述语言updm标准，系统功能定义是属于体系架构模型中的，并且通过作战需求分析系统功能，比如飞机要完成隐身突防任务，它就必须具备超低空飞行、高速爬升等功能；s2、在体系架构模型中，根据系统功能定义完成系统功能度量指标定义；系统功能度量指标定义一般包括时空指标、保障指标、通信指标以及对抗指标，
s3、将体系架构模型进行闭环性验证，以此确定其是否满足作战需求；闭环性验证主要通过离散事件模拟触发来判断体系架构模型是否能够逐步响应，以此确定其是否满足作战需求，并且其具体又包括基本使用流程验证、对抗条件下流程验证和突发条件下流程验证；s4、由经过闭环验证的体系架构模型输出系统总体设计需求；系统总体设计需求为系统功能与系统功能度量指标；s5、根据步骤s4得到的系统总体设计需求开展系统架构模型设计；体系架构模型是多系统组合完成作战任务而构建的模型，最小单位是系统；系统架构模型以体系架构模型的输出为输入，进行分系统设计，其最小单位是分系统；比如：体系架构模型中包含（战斗机、导弹、预警机），战斗机系统架构模型中包含（飞控系统、火控系统、航电系统）。
22.s6、将体系架构模型与系统架构模型进行联合仿真，验证是否满足体系架构模型。因为系统架构模型的输入条件是体系架构模型的输出成果，所以二者具备联仿的可能性。
23.实施例一：s1、以新一代飞机系统隐身突防为例，按照dodaf框架和updm语言构建体系架构模型，在体系架构模型中定义新一代飞机主要功能定义，包括出航、超低空飞行、高速爬升等；s2、根据新一代飞机主要功能定义其系统功能度量指标，从时空因素定义出航功能对应的度量指标包括巡航速度、起飞滑跑距离，从保障因素定义出航功能对应的度量指标包括挂载xx反辐射弹；s3、对该体系架构模型进行闭环性测试，按照隐身突防任务要求验证模型是否能够完全满足；s4、经验收后输出该新一代飞机的总体设计需求，包括出航、超低空飞行、高速爬升这些系统功能以及巡航速度、起飞滑跑距离、挂载xx反辐射弹等度量指标；s5、以超低空飞行为设计输入，开展飞机内部各子系统的总体要求分析，完成系统架构模型开发，输出飞控系统、航电系统等子系统总体要求；s6、将体系架构模型与系统架构模型进行协同仿真验证，见图2，系统架构模型中对体系架构模型的超低空飞行进行系统设计，体系架构模型与系统架构模型在同步联仿，当体系架构模型处于超低空飞行的时候，体系架构模型会发消息至系统架构模型，系统架构模型根据输入执行俯冲降高，并判断是否达到临界高度，如果达到临界高度，则反馈通过信息至体系架构模型，说明系统架构模型能够满足体系架构模型。如果系统架构模型根据条件判断无法增稳飞行，则说明该模型无法满足体系架构模型。
24.实施例二：s1：体系作战功能定义——以待研系统为中心，根据其能够应对的作战区域上的威胁环境和威胁目标设计和构建满足美国国防部体系架构框架dodaf2.0以及体系架构描述语言updm2.0两个标准的体系架构模型，通过该模型的sv1（系统与人员组成关系）视图，如图3所示；描述待研系统以及跟其紧密合作的外部系统和人员角色组成关系，继而，由sv4（系统作战流程图），如图4所示；描述这些系统间的作战行动筹划，由每个系统的不同功能按照一定的作战序列完成相关作战任务目标，这些功能存在逻辑上的串并联合作关系和数据传输关系，然后，根据这个系统作战流程图，构建系统与外部参与者之间的同步/异步消息交互时序图sv10c，如图5所示，形成待研系统的运行场景；
s2：系统功能度量指标定义：根据s1中设计sv4视图得到的待研系统功能，按照时空性因素、通信性因素、对抗性因素以及保障性因素分类，对其进行指标定义，用sv7系统指标度量视图表示，如图6所示。以某型战斗机“空中巡航”这个功能为例，它的度量指标包括“巡航速度”、“巡航高度”、“巡航最大加速度”、“最大转弯半径”、“巡航持续时间”等。
25.s3：系统业务闭环性验证——根据s1、s2中的体系设计要素，总结待研系统的运行行为视图，如图7所示；然后由作战业务人员根据系统的使用流程、对抗因素以及突发事件等要素对行为模型进行测试，保证设计结果对作战业务的闭环性。
26.s4：体系输出牵引系统设计——由s1、s2、s3中经过闭环性测试的设计结果，向系统设计进行输出，如图8所示，输出的方式有三种：s41：如果体系输出的下游，即系统总体设计部门使用基于文档的系统设计方法，则体系模型根据需求生成规则，将s2中记录的sv7系统度量指标数据输出为待研系统的功能性能指标需求；s42：如果系统总体设计部门基于模型的系统设计方法，并通过用例展开，则将s2中设计的sv7系统度量数据中的要素以xmi格式转化为系统用例直接输出，sv1中的外部系统和人员类型直接以xmi格式转化为系统外围参与者数据；s43：如果系统设计以arcidia方法的运行图展开，则体系架构设计的输出由s1中的sv10c指定，给出待研系统的运行场景视图。
27.s5：体系系统纵向联合仿真——除s41中以文档为载体的系统设计模式外，当基于用例或者系统运行场景完成系统总体设计模型后，需要跟体系架构模型进行联合仿真以验证设计对体系的满足性，如图9所示。
28.本发明得出的s3阶段的业务闭环性验证使得其输出给系统总体设计的要素有更高可信性。本发明的s4阶段体系设计结果输出给系统总体设计的方法果比具有广泛的可复用性。
29.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
30.对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

技术特征：
1.一种由体系架构模型输出的系统总体设计方法，其特征在于，它包括以下步骤：s1、根据作战需求构建体系架构模型，完成作战体系的系统功能定义；s2、在体系架构模型中，根据系统功能定义完成系统功能度量指标定义；s3、将体系架构模型进行闭环性验证，以此确定其是否满足作战需求；s4、由经过闭环验证的体系架构模型输出系统总体设计需求；s5、根据步骤s4得到的系统总体设计需求开展系统架构模型设计；s6、将体系架构模型与系统架构模型进行联合仿真，验证是否满足体系架构模型。2.根据权利要求1所述的一种由体系架构模型输出的系统总体设计方法，其特征在于：所述体系架构模型采用美国国防部体系架构框架dodaf标准，模型中的视图元素遵循体系架构描述语言updm标准。3.根据权利要求1所述的一种由体系架构模型输出的系统总体设计方法，其特征在于：所述系统功能度量指标包括时空指标、保障指标、通信指标以及对抗指标。4.根据权利要求1所述的一种由体系架构模型输出的系统总体设计方法，其特征在于：步骤s3中通过离散事件模拟触发来判断体系架构模型是否能够逐步响应，以此确定其是否满足作战需求。5.根据权利要求1所述的一种由体系架构模型输出的系统总体设计方法，其特征在于：所述闭环性验证包括基本使用流程验证、对抗条件下流程验证和突发条件下流程验证。6.根据权利要求1所述的一种由体系架构模型输出的系统总体设计方法，其特征在于：步骤s4中的系统总体设计需求为系统功能与系统功能度量指标。

技术总结
本发明涉及基于模型的系统工程领域，特别是涉及一种由体系架构模型牵引的系统总体设计方法，将新一代系统放入一个或多个（取决于该系统能够应用的所有作战业务）作战任务中，通过构建体系作战任务的活动流程，交互过程和运行逻辑，形成基于该系统的完整作战杀伤链，为该系统参与的各种作战活动和作战要素的正确性和完整性提供作战需求上的保障，根据这种体系架构的输入来定义系统设计的输入和边界，从而保证系统设计结果的完备性，为新一代系统研发和升级提供理论依据。研发和升级提供理论依据。研发和升级提供理论依据。


技术研发人员：姜海波 万怡航 刘奕 安飞 刘冬梅
受保护的技术使用者：上海烜翊科技有限公司
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/8