基于领域知识的复杂产品行为模型自动生成方法研究

A lot of attention has been devoted in recent years to Model-Based Systems Engineering (MBSE) methodologies. A wide range of applications have shown that MBSE is effective in simplifying the advanced development of complex products. The goal of this research is to generate analysis models automatically from design models, which is one of the most valuable and challengeable issues of MBSE. In this research, Modelica, an equation-based language for building analysis models, will be extended to develop design models of complex multi-domain systems. Then, analysis models will be generated automatically, by injecting formulation/algorithm of system behavior into design models using a re-declaration mechanism. The methods proposed in this research will be applied in the development of a power supply device of a satellite and tested in the Chinese Lunar Exploration Program. These methods are supposed to mean an important contribution to MBSE theory and application.

基于模型的系统工程（Model based systems engineering, MBSE）是近年来兴起的一种复杂产品正向设计方法，大量案例表明了它在简化管理产品研制复杂性方面的显著价值。本项目研究原理模型到行为模型的自动生成和传递，该方向是MBSE中非常重要和极具挑战性的课题。本项目将用语义映射和领域知识注入相结合的方法，重点研究复杂产品原理模型的统一表征，提出一种基于扩展Modelica语义的表征模型，以克服复杂产品不同领域原理模型的差异；研究复杂产品行为模型的自动生成算法，提出一种基于重声明机制的领域知识注入方法；并以探月三期工程探测器供配电系统为验证对象，进行原型系统开发和有效性验证。本项目研究对于揭示产品正向设计过程中原理模型和行为模型的传递机理，推动MBSE理论、方法和工具的发展，促进MBSE在工业界的应用，特别是在国家重点型号工程中的应用，具有理论和应用价值。

基于模型的系统工程(MBSE)方法强调通过分阶段的、可传递的模型来直观化表达设计意图，快速验证设计正确性，通过模型传递一致的设计信息从而高效研制出与预期相符的产品。.本项目研究MBSE中原理模型到行为模型的自动生成和传递，该方向是MBSE中极具挑战性的课题，一方面是由于现代产品本身的复杂性，通常是集机、电、液、控、热等多个领域于一体的复杂系统，其原理模型的表征本身就有难度，另一方面是复杂产品的动态行为特征是连续和离散耦合的大规模系统，建立这二类系统的关联涉及到机械、控制、计算机、数学等跨学科知识。.本项目按计划完成了如下方面的研究：扩展了Modelica语言，统一表征了复杂产品原理模型，基于领域知识的原理模型实现了行为模型的自动转换，.以航天工程嫦娥五号探测器供配电系统原理模型为输入，自动生成了行为模型，并完成了原型系统的开发，在嫦娥五号探测器研制任务中得到了初步验证。.本项目面向航天器供配电系统的设计与验证需求，探索基于电接口物理架构设计、机电一体化协同设计分析、供配电物理链路仿真分析与验证的新模式，开发出基于统一模型、完全自主可控的航天器供配电链路动态协同分析与验证系统。.通过航天器供配电链路动态协同分析与验证系统的建设，解决传统供配电系统在设计、仿真、验证方法和工具上的不足，提高供配电系统的设计与分析能力，为型号研发提供技术和实用化工具保障。