為了加強MBSE在航天器研制生產中的推廣落地，這篇論文從基于 MBSE 的開發流程和方法入手，對火災衛星航天器的任務分析、任務上下文、需求、接口、行為等方面進行了詳細的建模分析。最后，通過對模型的集成仿真驗證，驗證了模型的邏輯合理。結果表明，相較傳統DBSE方法，MBSE可以更好地確保航天器設計過程中設計信息的一致性，提高工作效率，降低航天器研發成本，加速推廣應用。

01

補充介紹

NASA長期致力于提高小型航天器的能力和可靠性，特別是在深空環境下。小型航天器有助于NASA通過新型的和成本更低的任務架構實現科學和探索目標，包括基于小型航天器集成的架構，或用小型航天器增強大型常規航天器的架構。NASA期望通過MBSE方法和工具實現這一目標。具體包括以下方面：

定義、設計、開發、分析、執行和驗證未來的小型航天器任務。 通過開發先進的方法和工具，實現更快速、全面、深入和集成的航天器設計，貫穿整個項目生命周期，從概念到系統操作和任務結束處理。這些功能應該利用正在NASA中進行試驗的MBSE方法，并支持不同模型類型和各種規程工具的敏捷集成。

為未來任務的設計提供跨學科系統分析。 這包括對這些任務的決策建模和規劃支持。這種模型也可用于評估技術替代方案和影響、科學評估方法以及規劃和/或建筑貿易，包括由多艘航天器組成的潛在任務架構。

具體感興趣的領域列出如下。鼓勵強調或處理多個領域的方法。建議建議申請人熟悉最新情況，并盡可能利用現有標準：

• 具備快速權衡空間評估和可視化 、理解和結果/選項比較的能力。
• 以用戶為中心的模型交互方法 ，用于吸引不具備重要MBSE專業知識的領域專家。
• 自動化生成傳統系統工程工件 ，包括需求和接口文檔。
• 航天器任務的模擬和執行 ，利用ALF、FUML、PSSM、PSCS等在行為建模和執行方面的進展。
• 評估系統性能裕度(技術和程序) 。
• 系統和規程特定模型之間的模型交換、可跟蹤性和配置管理 ，例如，與CAD、FEM工具的集成等。
• 系統模型與數據分析平臺的集成 ，用于報告和查詢模型信息。

隨著NASA繼續在自身的項目和計劃的制定和發展中更多地使用模型，有反復出現的挑戰需要解決。這些建模解決方案，包括更大的建模廣度(例如，成本/進度)、深度(可伸縮性)、可變保真度(精度/準確性vs.計算時間)、權衡空間探索(如何評估大量備案)、交互(用戶如何與工具交互)以及將它們聯系在一起的過程。重點不是具體的工具，而是實現上述功能的能力和方法的演示。雖然目前的重點是小型航天器，但這些工具和技術將越來越適用于NASA的大型任務。預期的技術成熟度水平所包含的可交付成果包括工具集成的新原型、可視化和訪問方法、最佳實踐模式、可重用庫和模型驗證框架。

知識類型

02

火災衛星的SysML模型圖

本文針對火災衛星的案例，以MBSE方法為指導，使用MagicDraw19.0 工具，利用 SysML的需求圖、活動圖、時序圖、狀態機圖等，對航天器任務的任務分析、任務上下文、需求、接口、行為等方面分別進行捕獲建模，最后通過建立一個相機開機對地拍攝的大場景仿真，對模型進行了集成仿真，驗證建模邏輯過程是否合理。

利用 SysML 的 stakeholer、viewpoint、view 元素依次創建上表中的利益相關者，如圖1所示。

利益相關者建模圖

進一步以用例圖從另一個角度對利益相關者的關注問題進行建模，如林業局以最小財政支出探測和監控森林火災，運營商實時提供森林火災數據、保存數據、維持衛星正常運行等，如圖 2 所示。

圖 相關利益者的用例圖建模

作者通過17張SysML模型圖解釋了火災衛星的MBSE工程全過程，感興趣的讀者可以下載文末的原文深入解讀。

03

讀者結論

從總共推薦的三篇論文中可以看出MBSE的一個脈絡：MBSE的框架是什么（也就是MBSE能解決什么問題），具體的應用領域以及具體的解決辦法（圍繞具體的建模語言SysML展開），相對較為完善的構成了一個工程化問題的解決思路。從這點上來講，具有一定的推廣意義和價值。

當然這里的MBSE是針對航天領域。對于具體的行業領域，我們還要具體問題具體分析，需要有具體深入的領域知識，清晰地利益相關方需求，才能更好地利用MBSE工具和方法為工作實踐提供更好地幫助和解決方案。

可以回味的兩篇公眾號推薦文章：

1.[論文賞析]面向復雜產品研制的MBSE 體系架構及其發展趨勢研究

2.[論文賞析]一種基于 MBSE 的小衛星測控分系統建模設計方法

參考文獻

本期論文下載：2021-QK-基于MBSE的衛星通信系統建模與仿真.pdf

 文章來源MBSE知識庫與應用案例