基于模型的舰船作战系统工程方法研究与应用基于模型的舰船作战系统工程方法研究与应用
摘要针对舰船作战系统软件复杂性增加以及设计与集成难度的增加,以典型水面舰艇作战系统体系架构的设计为例对该方法的
应用进行了验证。经过验证,证明该方法与基于文档的系统设计方法相比具有设计准确的特点,能提高系统设计质量,值得大
范围推广;在方法和工具推广上需要结合本单位质量体系要求进一步完善。本文所建模型使用到了IBM公司Rhapsody工具中
的HarmonySE套件。
关键词 基于模型的系统工程,作战系统,体系架构设计
引言
水面舰艇作战系统是舰艇平台上用于执行警戒探测、指挥控制以及执行对目标交战的一类复杂系统【1】。复杂系统的交付要
求系统总体单位能够在规定的时间和规定的预算范围内完成符合一定质量要求的系统的设计和开发工作;而对于复杂系统的集
成,即使是最详细的系统设计工作也弥补不了系统体系架构设计缺陷带来的先天性影响。近年来,软件在系统集成中得到广泛
应用,系统集成的复杂性日益增强。在这一背景下,如何更快、更好地满足用户需求完成复杂系统的设计和集成工作,同时又
能使系统具有良好的保障性是摆在系统设计师面前的一大难题。目前,国外在应对这一挑战的最流行做法是利用基于模型的系
统工程方法进行系统体系架构的设计和验证。
本文在对基于模型的系统工程方法的应用进行回顾的基础上,对水面舰艇作战系统中基于模型的系统工程方法的应用进行了初
步研究,并介绍了本文具体实践使用的Harmony基于模型的系统工程方法,最后结合Rhapsody工具的使用对Harmony方法的
具体应用进行了详细说明。
基于模型的系统工程方法介绍
国际系统工程委员会(INCOSE)在2006年10月发布的系统工程远景2020中,将基于模型的系统工程方法(以下简
称“MBSE”)定义为【2】:正式应用建模来支持系统需求、设计、分析、校核与验证,从概念设计阶段开始,在整个开发过
程中以及后续寿命周期阶段继续运用。从SysML建模语言诞生以来,MBSE逐渐浮出水面,成为人们研究软件密集型系统的一
种热门方法。
通过建模解决工程问题具有如下优点:建模可以用来降低工程师手工劳动所花费的时间与精力,缩短设计周期;可以用来检验
信息连续性与完整性,降低错误率,提高精确性;可以用来保留当前的工程结果,用于以后的维护、产品更新或产品更换工
作;可以用来清楚地描述每一个符号与数字,并且意义确定唯一不具有二义性。模型能够确保在过程结束时所有必要信息都是
有效的、正确的。当然,建模并不能代替创造性的工程思考与解决问题。
在基于模型的系统工程方法诞生之日起,美国国防部便开始了MBSE方法在国防系统体系架构开发中应用的研究,研究的结论
是:DODAF国防部体系架构框架只对开放系统架构的产品进行说明,但如何建模,使用什么样的语言和方法建模没有规定。
国际上用于系统建模的各类建模语言有IDEF、SysML、UML等,其中SysML更加适合系统建模,可以用来设计符合DODAF规
范的体系架构产品。对于方法的应用,有哈特利—皮尔布海(HP)方法、马丁方法等。IBM Rational公司作为全球领先的IT技
术及产品供应商,开发了一套集成系统与嵌入式实时开发流程Harmony,这里我们称之为Harmony方法。该方法独立于工具
之外,应用SysML为系统工程师提供了详细的、易于操作的流程指南。它从系统工程的视角出发,把系统的前期开发如系统
工程的工作任务、责任范围,以工作流的方式,解剖的淋漓尽致,为系统的后续开发和系统的确认和验证,提供了无缝链接。