基于系统工程的智慧研发解决方案ppt

基于系统工程的智慧研发

解决方案学习公约空杯心态积极参与真诚建议掌声鼓励保持秩序手机调整全情投入随时互动课程要求航天系统工程的前世与今生基于模型的航天系统工程方法基于系统工程的型号产品研发典型案例分享项目建设与合作伙伴基于模型的航天系统工程航天——一个非常复杂的系统工程经过几十年的发展，中国航天取得了举世瞩目的成就。“两弹一星”、“北斗导航”、“载人航天”、“探月工程”等一系列重大工程的成功，使中国航天进入了世界航天大国的行列。航天系统是一个非常复杂的系统工程。就载人航天工程而言，包括航天员、飞船应用、载人飞船、运载火箭、发射场、测控和着陆场等七大系统。每个系统又是由若干层级的子系统构成，相互之间存在密切的关联和影响。航天系统工程的理论与实践在近几十年的工程实践中，以钱学森为代表的中国航天人在系统工程理论的基础上，发展形成了航天系统工程理论，为航天型号项目的研制发挥了巨大的贡献。航天系统工程理论将科学技术创新、组织管理创新和体制机制创新有机结合，将还原论与整体论辨证有机地统一，形成的解决复杂工程系统研制与建设的集成创新的理论和方法。通过载人航天工程及探月工程等重大项目的实践，系统工程和项目管理理念和方法进一步改进，并不断的向规范化方向发展。2006年10月，神舟六号系统工程实践荣获国际项目管理协会评选的年度唯一卓越大奖。航天系统工程的思想和关注点如果把极其复杂的研制对象称为系统，系统工程则是组织管理这种系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。

系统工程方法是一个跨越学科的方法，其意味着能促进一个系统成功的实现。它关注点是：在系统整体为研发定义客户需求和所需的早期功能需求、文档需求、然后进行设计综合和系统验证。。航天系统工程(当前的)的实现模式预研研制发射/在轨运行管理线总指挥保障团队配套单位沟通协调技术线总设计师领域专业信息系统协同网络集团管控标准规范系统工程既是一个技术过程，又是一个管理过程。当前面临的主要挑战空间站、探月三期、火星登陆等新任务执行工况异常复杂，需要充分分析型号的执行任务、运行工况和行为逻辑；越来越多的验证工作难以在地面环境进行，需要依赖大量的虚拟技术，通过计算机系统进行模拟、仿真、分析、优化和验证；通过文档进行信息传递的方式效率低、准确性差、不直观，难以准备表达系统及系统之间的关系，通过模型和结构化数据进行产品表达将成为趋势；产品全生命周期的数据流依然没有打通，人工转化、重复录入依然存在，全流程数据共享、追溯和变更控制难以实现；产品质量控制仍然以生产和总装测试阶段为主，质量归零压力很大，急需把质量控制前移，通过设计阶段的验证和确认，消除质量隐患，实现质量预防；多级配套单位之间的配套、协作，以及管控的难度越来越大，急需利用大数据和互联网+的思维，实现信息共享和互联互通。信息技术为航天系统工程提供新的方法和手段航天系统工程(工程2字建议去掉)（弹、箭、星、船、器）航天型号产品研制平台新兴信息技术、方法、工具、设备MBSEMBD(MDD?)虚拟现实物联网大数据云计算航天系统工程发展的新阶段组织行为特征的管理系统工程基于组织的管理系统工程基于模型的技术系统工程航天系统工程思想及理论体系前世今生航天系统工程的前世与今生基于模型的航天系统工程方法基于系统工程的型号产品研发典型案例分享项目建设与合作伙伴基于模型的航天系统工程什么是MBSE？Model-BasedSystemsEngineering(MBSE)istheformalizedapplicationofmodelingtosupportsystemrequirements,design,analysis,verificationandvalidation,beginningintheconceptualdesignphaseandcontinuingthroughoutdevelopmentandlaterlifecyclephases.基于模型的系统工程(MBSE)是正式的应用建模技术来支持系统需求、设计、分析、验证与确认-从概念设计阶段直至生命周期的后期各个阶段，持续贯穿整个产品的开发。MBSE技术的发展与应用NASA:开发了基于模型的系统工程框架，在JPL中已经有约20个开发任务将MBSE应用于系统全生命周期。波音：提高对系统的认知能力实施系统工程的有效评审提高团队协作开发的效率Boeing通过培训和能力开发，形成了统一的流程方法和工具，已经成功应用于Boeing787的研制。本页建议作为案例单独放在后面从MBSE到MBEMBE（Model-BasedEngineering），即基于模型的工程。传统基于非结构化文档的和基于工具的结构化文档，在产品研发过程中发挥了重要的作用。但是已经越来越不能满足现代产品研发的要求。基于模型的工程，将在精确定义、系统表达、数据互联、多学科协同等方面，具有明显的优势。PlaindocumentsstoredinrepositoriesSearchable(maybe)Traceablemanuallybyreference非结构化文档基于工具的文档工具互联基于模型的工程Automatedtools(discipline-specific)Tool-specificfilesanddatabases实时数据的互联Traceabilityisthefocus有限的语义基于语义的链接FormcohesivewholeModel-of-Models信息

知识结构化非结构化互联模型驱动什么是MBE？ANewKindofEngineering?RequirementsSystemsEngineeringMechanicalElectricalSoftwareChangeRequestsProcesses多学科模型的跨全生命周期的集成Navigate,Organize,Searchall

engineeringinformationSimulate,Co-Simulate,VerifyandTraceacrossdisciplinesReuseallkindsofengineeringinformationandcreatevariantsfornewproductsModelsbecomethewaytodoengineering(notanafterthought)从孤立到集成学科的演进MBSE与传统研制方法的融合MBSE侧重于产品的概念设计、系统设计，以及确认和验证，是以需求为导向，以流程为驱动，模型为载体，实现结构化的产品概念和系统方案表达，进而开展系统分析、优化、仿真和验证。传统研制方法以产品物理结构为对象，以文档为载体，CAD模型为补充，通过多专业的协同设计和多阶段的迭代设计，逐步形成全面的产品设计文档，支持生产过程。MBSE与传统研制方法进行融合，可以形成新一代的产品研发模式，解决现在研制效率低、质量问题多的问题，在推动产品快速上市的同时，可以大大降低研发成本。新一代航天型号产品研制平台基于模型的系统工程（MBSE）基于模型的产品设计（MBD）基于统一BOM的产品数据管理（U-BOM）基于模型的开发（MDD）基于模型的验证（MBT）基于模型的产品制造（MBM）MBE新型的产品协同研制模式航天系统工程.WBS及研制流程MBD数据集MBSE（需求及系统方案）产品统一BOM及数字样机正确地做事做正确的事全三维表达统一数据源航天研发系统工程数字化的特征全流程全模型全BOM全三维WBS研发流程需求模型功能模型逻辑模型物理模型三维设计三维工艺EBOMPBOM航天系统工程数字化体系航天系统工程的前世与今生基于模型的航天系统工程方法基于系统工程的型号产品研发产品支撑及实施路径项目建设与合作伙伴基于模型的航天系统工程产品实现过程研制任务书使用工况标准规范单机生产分系统生产型号总装&测试系统生产产品协同研制场景结构设计电气系统设计姿控系统设计热控系统设计强度设计电源系统设计推进系统设计有效载荷设计测控系统设计……市场需求军方需求总体定义和技术指标模型及方案修正系统研制指标模型及方案设计要求数学模型修正子系统方案数学模型修正总体方案EBOM工程更改物理模型子系统总体设计组件设计及实现

（初步设计、详细设计、试制、设计定型）概念阶段方案设计总体设计工程研制物理模型试验数据验证子系统试验数据验证系统性能/指标可行性论证总体方案设计结构方案设计电源系统方案设计测控系统方案设计推进系统方案设计姿控系统方案设计……元件级试验零件/组件试验零件/组件试验零件/组件试验……零件/组件试验系统集成测试地面试验环境试验……系统集成试验总体方案综合结构系统综合测控系统系统综合电源系统综合推进系统综合姿控系统综合……物理样机试验系统集成验证工艺编制零组件制造组件装配检验检测部装制造/装配总装物理模型航天系统工程模型集团管控ChangeManagement,PlanningConfiguration

Management,Collaboration项目管理具体研制生产过程用户要求系统要求总体方案产品选用分系统\单机发射及交付总装及测试组装集成采购验证测试验证合同/任务书/在轨测试/交付规范系统地面测试规范系统集成规范产品采购要求设计要求基于模型的系统工程MBSEMBDMBM生产部装总装三维设计三维工艺装配仿真可以不要这页，前面已经有提到航天产品研发平台框架工程设计（初样、正样）方案设计概念设计研发流程项目管理概念及系统设计专业设计产品化BOM管理数据管理变更管理质量管理需求工程MBSEMDD多学科联合仿真产品线工程工程大数据分析机械设计电子设计软件开发多学科仿真联合方案的扩展点，将系统工程方法用概念及系统设计代替LOREMIPSUMDOLOR可以考虑此处加一个子的菜单项目，表示后面是对这个框架的分开解释项目管理及研发流程部分研发项目管理根据各单位、各专业的职责和分工，实现跨单位、跨部门的计划协同，实现输入、输出数据的协同，提高单位之间的协同效率和型号研制计划的可控性。总体分系统单机研发流程管理对研发活动之间的协作流程进行梳理和沉淀，形成协作研发流程模板。通过研发流程驱动研发任务的执行和多专业、多学科的协同，实现专业内外，部门内外的协作。流程分解/定制流程模板库引用模板存为知识并行工程&迭代设计方案阶段初样阶段正样阶段需求分析、系统设计、机械设计、电子设计、软件开发、多学科联合仿真、……过程手段阶段市场/局方涉众顶级飞船需求规格功能性需求非功能性需求系统需求结构需求接口需求产品规格产品规格每次的系统分解其实都产生客户和供应商关系每一次需求的分解，分配和传递都很关键众多的供应商需求管理的最重要目的是保证质量质量大师PhilCrosby对质量的定义 ——满足需求高质量的系统即满足需求的系统概念及系统设计（需求的层次化）需求工程的定义

－对需求的层次做一致和有效的管理

需求工程：系统性、规范地进行需求获取、编写、分析、协商、核实和管理，使期望和目标在一个产品中实现。需求工程的目标是开发好的（不是完美的）需求，并在实施过程中针对它的风险和质量进行管理。需求工程需求获取需求分析需求编写需求核查变更管理需求跟踪基线和版本管理需求度量需求开发需求管理基于需求的工程流程需求工程及质量管理DevelopmentatLevel‘-2’DevelopmentatLevel‘-2’LowerLevelComponentLowerLevelComponentMajorComponentMajorComponentRequirementsforLowerLevelComponentRequirementsforLowerLevelComponent最终产品（汽车）部件需求制造与供应商交换数据车辆级开发相关各方提供意见高级汽车规范系统需求分解为部件级车辆级测试（试验）系统测试部件测试如SatNav导航系统、引擎管理、车门、雷达导航控制、座位系统如可加热的清洗喷嘴、前缓冲器、挡风玻璃上的刮水器、传感器系统级开发典型汽车研发‘V模型’如运动双门跑车、旅行车、SUV、小轿车如法律、技术、客户、市场条件、诊断需要根据航天的术语来进行修改，安装航天专业来分层级35System/EquipmentInstallationReqsEquipmentInstallationDiagramEquipmentSpecificationRequirementBasedonAssessmentResultOrReportRequirementfromotherteams,suchashydraulic,fuelMarketRequirement&GoalAircraftRequirementHLRHLRAvionicsSystemRequirementHLRHLRComponentSpecificationStructureWorldAvionicsDesignSpecAnalysisModelsHLRHLRICDHLRHLRSubsystemSpecificationSafetyAssessmentFHAPSSASSA(FTA,CCA)MaintainabilityAnalysisReliabilityAnalysisCertificationHLRHLRSubsystemDesignSpecAnalysisModelsSpecialDomainActivityRequirement

SpecificationAnalysis&DesignV&VV&VPlanHLRHLRV&VProcedureHLRHLRV&VEvidenceV&VReportHLRHLRV&VProcedureHLRHLRV&VEvidenceV&VPlanV&VReportV&VPlanHLRHLRV&VProcedureHLRHLRV&VEvidenceV&VReportPackage

SpecGeneratedReport基于需求的工程流程案例需求分析在概念设计阶段，如何识别和分析产品的需求，以及对需求进行跟踪管理，一直是一个困难的问题。传统通过设计任务书和分析论证报告进行需求管理的方式，容易造成需求的遗漏和无法追溯。采用需求工程方法，对需求进行结构化，条目化，有利于精确跟踪和管理每一条需求。主要包括：需求条目化管理；基于需求的协作研发；需求的链接和追踪管理；需求的变更影响分析；需求历史信息记录；需求的访问权限；需求报告的生成和导出。通过结构化的方式对需求进行条目化梳理，按照产品需求分析模板，细化每个方面的需求。条目化管理使每一条需求都可以作为一个可以管理的对象，进行版本控制、任务分配和状态跟踪。同时，对需求进行矩阵分析，识别产品需求之间的耦合与冲突，提前消除不合理的需求。需求的条目化管理利用建模工具创建产品的需求模型。需求模型采用结构化的方式，以使用场景为基础，以定义需求之间的关系为纽带，系统地分析和梳理系统需求。需求模型建立的过程，是产品概念具体化、形象化的过程，可以挖掘和表达传统文档方式难以体现的需求及关系。需求模型的建立根据需求分析产品应该具备的功能，通过正向设计的方法，分析和论证产品应该具备的功能性需求，从而形成完整的产品需求和概念论证工作。功能模型分析有助于通过模型化方法，建立产品的功能场景、功能要求和功能约束等，是在前期概念论证阶段全面、详细分析产品功能及功能之间关联关系的有效手段。功能模型分析技战术指标的论证和分类落实从需求信息、功能信息中抽取技战术指标，从量化角度形成系统的总体控制参数。指标信息将是下一步开展系统方案论证、物理模型的重要输入。序号输入条件表示符号数值单位来源对应的方法或软件类型1作战半径

kmFAR&25.337

E8.32最大航程

km设计要求

E8.33最大航时

h设计要求

E8.34作战时间

h设计要求

E8.35设计载弹量

kg设计要求

E8.36最大载弹量

kg设计要求

E8.37典型任务剖面

设计要求

8起飞滑跑距离

m发动机数据

E8.39起飞场长

m发动机数据

E8.310着陆滑跑距离

m发动机数据

E8.311着陆场长

m武器数据

E8.312巡航高度

m武器数据

E8.313巡航速度

m设计要求

E8.314最大使用过载

m设计要求

E8.315失速速度

Km/h设计要求

E8.316最大使用过载

设计要求

E6.317稳定盘旋过载

设计要求

E6.318最大爬升率

m/s设计要求

E8.319实用升限

m设计要求

E8.320前向RCS

dBsm设计要求

E8.421后向RCS

dBsm设计要求

E8.422侧向RCS

dBsm设计要求

E8.423发动机推力

kg发动机数据

E8.324发动机耗油率

Kg/(kg*h)发动机数据

E8.325发动机尺寸

m发动机数据

E8.326发动机重量

kg发动机数据

E8.327典型武器尺寸

m武器数据

E8.328典型武器重量

kg武器数据

E8.3形成的用户需求可以与后续的系统需求、设计要求以及测试要求之间建立关联关系。可以从需求条目逐层跟踪需求的实现方式，也可以从设计过程数据追溯到每一个关联的需求。需求跟踪与追溯需求信息输出给设计过程可以把结构化的需求信息导出，生成需求报告文档。需求报告文档可以发给AVPDM系统，进行数据的受控和归档。同时，需求模型信息可以与产品信息进行关联，在工程设计阶段进行需求信息查看。需求文档指标参数审签流程设计活动输入工程模板仿真PDMIBMHarmony系统工程最佳实践ModuleIntegration&Test模块集成测试SystemAcceptance系统验收SWAnalysis&Design软/硬件分析设计SWImplementation&UnitTest软件实现和单元测试(Sub-)SystemIntegration&Test（子）系统集成测试模型/需求存储库利益攸关者需求系统架构基线软件实现模型SystemFunctionalAnalysis系统功能分析可执行用例模型

RequirementsAnalysis需求分析需求模型系统用例模型嵌入式开发系统验证计划系统工程场景(运行方案)DesignSynthesis设计综合测试场景架构分析模型系统架构模型系统确认计划组件确认程序变更请求系统工程方法

是一个跨越学科的方法，其意味着能促进一个系统成功的实现。它关注点是：在系统整体为研发定义客户需求和所需的早期功能需求、文档需求、然后进行设计综合和系统验证

。功能可被执行的需求进行功能和架构分析RequirementThesystemshallperformerrorcorrectanddetectionduringinitializationandoperation.RequirementThesystemshallperformerrorcorrectanddetectionduringinitializationandoperation.RequirementThesystemshallperformerrorcorrectanddetectionduringinitializationandoperation.RequirementThesystemshallbe“realgood”and“veryfast”and“generallyawesome”RequirementThesystemshallperformerrorcorrectanddetectionduringinitializationandoperation.RequirementThesystemshallperformerrorcorrectanddetectionduringinitializationandoperation.RequirementThesystemshallperformerrorcorrectanddetectionduringinitializationandoperation.RequirementControlsurfacesshallbeupdatedevery10ms+/-2mswithanaccuracyof.5cmandalatencyofnomorethan1msPoor

requirementsMuchbetter

requirementsRequirementThesystemshallperformerrorcorrectanddetectionduringinitializationandoperation.RequirementThesystemshallperformerrorcorrectanddetectionduringinitializationandoperation.RequirementThesystemshallperformerrorcorrectanddetectionduringinitializationandoperation.RequirementCyberattcksshallbedetectedwithin10msononsetandresultinactivesecuritymeasuresincludingincidentreports.RequirementThesystemshallperformerrorcorrectanddetectionduringinitializationandoperation.RequirementThesystemshallperformerrorcorrectanddetectionduringinitializationandoperation.RequirementThesystemshallperformerrorcorrectanddetectionduringinitializationandoperation.RequirementThesystemshallperformerrorcorrectanddetectionduringinitializationandoperation.HarmonySEMappingIntegratedEngineeringLifecycleintoSystemEngineeringProcessCustomerReqtsDefinitionPreliminaryDesignSystem

IntegrationSystem

ReqtsDefinitionDetailedDesignSystem

ValidationSupport/Maintaince

RequirementsManagementModelBasedSystemEngineeringIntegrationSoftware

EngineeringElectronics

EngineeringMechanical

EngineeringSystemAcceptance

ChangeandConfigurationManagementSystem

ProductionCustomerRequirementReview(CRR)SystemRequirementReview(SRR)PreliminaryDesignReview(PDR)CriticalDesignReview(CDR)TestReadinessReview(TRR)ProductionReadinessReview(PRR)JCDPJDPDDPIntegrationValidationCertification-EISDisciplineDesignandImplementationSystemValidationPhysicalVerification需要根据航天的术语来进行翻译虚拟开发平台

集成混合模型、仿真和测试46ModelsPhysicalDomainSWDomianModelicaPlantModelSimulinkmodelcomputationalgorithmUMLbasedbehavioralmodelSystemmodelSimulationcenterSystemRequirementsFMU1FMU2FMU3TextualrequirementsHiLcomponentsContracts/SimulationMonitorsEngine

withECUGearbox

withECUThermal

systemsAutomated

cargodoorChassiscomponents,

roadway,ECU(e.g.ESP)FMI-functionalmockupinterfaceBasedonanopenstandard-FMIRationalRhapsody传统V模型系统工程流程不能代理速度和效率上的提升项目管理交付和部署系统确认和验收系统工程多学科工程软件机械电子

集成和验证变更,版本,生命周期,研发资产管理产品线工程系统分析和设计详细设计实现&单元测试模块集成和测试子系统集成测试系统验收测试需求捕获和分析多学科产出物仅在实现阶段确认模块和系统集成测试仅在系统实现后进行集成测试阶段发现问题导致工程返工

验证验证验证验证新的双“V”流程在系统设计早期通过持续反馈降低风险产品开发流程系统工程虚拟多学科工程需求捕获和分析实现实现&单元测试交付和部署系统确认和验收部署和监控物理多学科工程系统验收系统分析和设计详细设计虚拟模块集成和测试虚拟系统集成和测试虚拟分析基础仿真优化模块集成和测试子系统集成测试确认确认HybridSimulationtojointRFL->Pintheloop系统综合FMUs仿真输出使用开发的FMI标准，集成异构模型(SysML,Modelica,Simulink)支持多领域全生命周期的设计开发(modeling,codegeneration,simulation,verification)在系统工程领域提供SysML的拓展能力，支持多领域仿真系统需求SysML行为模型SysML行为模型ModelExchangethroughFMU方案设计在方案设计阶段，使用FMI标准，进行系统行为和逻辑建模，最终形成异构的系统总体模型、分析模型和单机模型，并支持多领域的设计、仿真和优化分析，逐步形成更加成熟、更加优化的设计方案。对传统需要在工程研制阶段的才能发现的问题，就可以在方案设计阶段解决。系统需求SysML建模系统行为模型基于模型的航天器系统方案设计分系统建模与仿真根据系统总体要求，对分系统进行建模，并基于系统的行为模型进行仿真分析，反复验证系统方案（模型）的可行性、适应性和可靠性。仿真分析行为模型分系统模型系统综合分析与多物理场仿真分析多级单位的协同方案设计模式跨域协同跨厂所跨地域协同系统支持支持集团、总体院、专业院之间产品数据的协同共享、快速传递，打通设计与制造的数据链路，形成一体化协同研制。如设计工艺会签、预发放与正式发放，数据汇总等。本页从后面抽取出来统一放到协同下工程设计根据系统设计识别出来领域系统模型，以及各专业设计要求，输出给各专业室，开展产品的工程设计工作。各专业基于专业设计流程，以及统一的MBD数据集，开展协同工程设计。

工程中间件XX部件CAD模型CAE模型静力学仿真疲劳仿真CAEXX部件CAD模型CAE模型静力学仿真疲劳仿真CADXX部件CAD模型CAE模型静力学仿真疲劳仿真CAXXX部件CAD模型CAE模型静力学仿真疲劳仿真CXX适配器适配器适配器适配器

结构强度总体气动航电飞控机电总体模块外形模块气动模块结构模块强度模块XX飞机CAD设计XX部件CFD分析XX部件XX部件XX部件XX部件CAE分析XX部件XX部件XX部件静强度分析动强度分析疲劳分析XX分析。。。。.MBD模型基于组件的建模流程驱动LOREMIPSUMDOLOR从58页到67页属于目前已经实现的系统，可以考虑单独放到一个章节本章节主要的内容是从PDM-SE的过渡思路从逆向到正向的过渡三维结构设计支持三维数字样机数据全方位管理，支持模型与结构间多样的关联关系管理，支持模型轻量化处理、审阅批注、数据共享、TOP-DOWN模式的设计协同，以及三维模型的审批、发放等。流程驱动的仿真分析设计师可以根据专业设计任务，调用相应的工具、专业程序，进行三维设计、专业分析和仿真验证等工作。系统支持多轮的迭代设计。输出：分析结果数据驱动Ansys计算CAD模型网格精度边界条件输入：几何参数多学科分析与优化组件使用项目重量估算燃油消耗分析飞行性能估算飞机气动数据处理模块飞机气动数据处理模块发动机数据处理模块外挂状态数据处理模块起飞任务分析尾翼剪刀图设计纵向操稳初步分析横航向操稳初步分析工程模板封装与知识沉淀对典型的设计、分析、仿真、验证过程进行梳理和封装，沉淀为知识模板。可以在以后的设计过程中重复使用和自动执行，可以大大提高设计效率。驱动器CATIAUGPro/ESolidwork……驱动器CFXFluentNemecaFastran……驱动器NastranAnsysAbaqusHyperworks……驱动器RapsodyMatlabADSMenter……驱动器DoorsWinchillTeamcenterVPM……驱动器ProjectP6ERPMES……基于知识组件的快速设计经验公式CADCFD,FEA工程算法载荷工具性能分析标准流程库保存参数分析综合优化方案变换应用加载封装记录关联更改重用多轮迭代设计与数据管理设计师在客户端可以对自己的设计数据进行管理。设计数据到一定成熟度后，可以提交专业室主任等进行确认。经过多轮修改后，可提交正式的审签流程，实现数据的受控。个人过程数据管理机翼结构分析（任务）任务树机翼结构分析数据1（V0.1）机翼结构分析数据2（V0.2）