張世聰，陳　波，張曉晉，王保民

(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京　100081；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所，北京　100081)

動(dòng)車組的整車設(shè)計(jì)具有系統(tǒng)復(fù)雜、研發(fā)周期長(zhǎng)、人力和資金投入多、對(duì)安全性和可靠性要求嚴(yán)格等特點(diǎn)，因此需要利用系統(tǒng)工程方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前傳統(tǒng)的基于文本的系統(tǒng)工程方法進(jìn)行動(dòng)車組設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)前后信息不一致、版本錯(cuò)誤和可讀性差等問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)成本的增加乃至重大安全隱患，因此亟需一種新的設(shè)計(jì)方法。

基于模型的系統(tǒng)工程(Model Based System Engineering,MBSE)是一種使用模型表達(dá)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)工程方法[1]。國(guó)外的一些大型公司和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)探索和實(shí)踐，面向不同的工業(yè)領(lǐng)域并應(yīng)用不同的建模語(yǔ)言、工具和流程，提出多種 MBSE 方法，如Harmony-SE方法[2]，面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)工程方法(Object-Oriented Systems Engineering Method, OOSEM)[3],SYSMOD(Systems Modeling Process)方法[4]和IBM公司提出的RUP-SE方法[5]等。目前基于模型的系統(tǒng)工程概念已被工業(yè)界所接受[6-7]，并成功應(yīng)用于航天[8-9]、汽車[10]等領(lǐng)域。并且，為了對(duì)MBSE進(jìn)行更好的支持，國(guó)際系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)(International Council of Systems Engineering, INCOSE)和對(duì)象管理組織(Object Management Group，OMG)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了系統(tǒng)建模語(yǔ)言SysML[11]，它是一種統(tǒng)一的、可擴(kuò)展的、易于理解的系統(tǒng)工程通用建模語(yǔ)言。目前，國(guó)外的主機(jī)廠如阿爾斯通和龐巴迪等已開(kāi)始探索MBSE在鐵道機(jī)車車輛設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，而在國(guó)內(nèi)還未有應(yīng)用MBSE和使用SysML進(jìn)行動(dòng)車組整車和子系統(tǒng)建模分析的研究。

本文基于MBSE設(shè)計(jì)方法和思路進(jìn)行動(dòng)車組設(shè)計(jì)方法的研究，并以動(dòng)車組車門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行MBSE過(guò)程的示范和SysML模型的示例。

1　基于MBSE的動(dòng)車組設(shè)計(jì)過(guò)程

基于MBSE的動(dòng)車組設(shè)計(jì)過(guò)程包括總體需求分析、子系統(tǒng)需求細(xì)化與功能分解和架構(gòu)生成3個(gè)設(shè)計(jì)階段，在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用模型以保證系統(tǒng)需求、設(shè)計(jì)、分析和驗(yàn)證信息之間的可追蹤性，前期模型能夠推動(dòng)后續(xù)的設(shè)計(jì)細(xì)化，而后續(xù)模型又能對(duì)前期的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。基于MBSE的動(dòng)車組設(shè)計(jì)過(guò)程如圖1所示。

圖1　基于MBSE的動(dòng)車組設(shè)計(jì)過(guò)程

第1階段：總體需求分析階段?；陬I(lǐng)域知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)及各專業(yè)設(shè)計(jì)人員間的有效溝通，將需求文本整理為規(guī)范的條目化需求，并利用需求圖、用例圖和包圖分析需執(zhí)行的任務(wù)和運(yùn)用環(huán)境，識(shí)別功能需求，把用戶需求和外部約束轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)需求，據(jù)此建立系統(tǒng)的需求和用例模型。

第2階段：子系統(tǒng)需求細(xì)化和功能分解階段。在系統(tǒng)的總體需求確定后，進(jìn)行各個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)部的需求細(xì)化和功能分解。系統(tǒng)總體用例圖中的每個(gè)用例體現(xiàn)了1個(gè)系統(tǒng)功能需求，分系統(tǒng)先在總體需求模型中挑選各自領(lǐng)域相關(guān)的功能需求。使用序列圖、活動(dòng)圖、狀態(tài)機(jī)圖分析各子系統(tǒng)中的系統(tǒng)行為、執(zhí)行過(guò)程和設(shè)備狀態(tài)。

第3階段：架構(gòu)生成階段。架構(gòu)生成即定義邏輯結(jié)構(gòu)并確定相應(yīng)的物理架構(gòu)。包括使用塊定義圖描述系統(tǒng)組件和結(jié)構(gòu)；使用內(nèi)部塊圖定義系統(tǒng)/子系統(tǒng)間的物理接口和配置方案，如設(shè)備連接結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)等。系統(tǒng)邏輯和物理結(jié)構(gòu)的確定，可以逆向修正和幫助進(jìn)一步分析系統(tǒng)功能模型。同時(shí)，可以為系統(tǒng)選定測(cè)試用例，使用塊定義圖定義系統(tǒng)的約束條件，用參數(shù)圖定義仿真和驗(yàn)證參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能驗(yàn)證。目前，通用建模工具軟件支持在系統(tǒng)模型中進(jìn)行一定程度的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證，也可使用模型轉(zhuǎn)換[12]的方法將系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型與仿真平臺(tái)進(jìn)行集成并驗(yàn)證。

從圖1還可以看出：基于MBSE的動(dòng)車組設(shè)計(jì)方法中的3個(gè)階段由4個(gè)設(shè)計(jì)回路進(jìn)行關(guān)聯(lián)，它們分別是總體需求回路，即用建立的需求和用例模型對(duì)用戶需求進(jìn)行一致性及覆蓋性檢驗(yàn)，并對(duì)需求模型進(jìn)行迭代修改；總體—分系統(tǒng)需求回路，是在上級(jí)系統(tǒng)和下一層的設(shè)計(jì)間的跟蹤反饋；分系統(tǒng)設(shè)計(jì)回路，對(duì)分系統(tǒng)自身的功能邏輯進(jìn)行追溯管理；最后的驗(yàn)證回路，對(duì)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化和仿真結(jié)果是否滿足總體需求進(jìn)行驗(yàn)證。設(shè)計(jì)人員可以使用這4個(gè)設(shè)計(jì)回路進(jìn)行反復(fù)迭代，直到所有的設(shè)計(jì)模型保持一致并覆蓋了需求。

上述設(shè)計(jì)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)基于SysML語(yǔ)言，它是統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML面向系統(tǒng)工程領(lǐng)域的擴(kuò)展。SysML語(yǔ)言視圖分類如圖2所示。從圖2可以看出：SysML語(yǔ)言提供了對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、需求和行為進(jìn)行描述的9種視圖，它們部分來(lái)自UML語(yǔ)言的直接集成或擴(kuò)展，部分(需求圖和參數(shù)圖)是SysML語(yǔ)言面向系統(tǒng)工程的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)需求提出的新增視圖。

圖2　SysML語(yǔ)言視圖分類

2　車門控制系統(tǒng)的實(shí)例應(yīng)用

下面將以動(dòng)車組車門控制系統(tǒng)為案例(在建模過(guò)程中，車門簡(jiǎn)稱為門，指動(dòng)車組外門)進(jìn)行MBSE過(guò)程的示范和SysML模型的示例。

2.1　總體需求分析：需求和用例模型

2.1.1需求模型

不同于傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程方法，設(shè)計(jì)者應(yīng)用MBSE方法時(shí)，使用條目化需求和需求圖建立需求模型，對(duì)系統(tǒng)頂層需求進(jìn)行捕獲和分解。按不同側(cè)重點(diǎn)，可將需求分為功能需求、性能需求、接口需求、可靠性需求、安全性需求、人因工程需求等。需求模型用于將系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中不清晰的期望和要求等、轉(zhuǎn)換成需要解決的具體問(wèn)題，用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)。對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)的不同層次，需求模型分為不同的層級(jí)結(jié)構(gòu)，最頂層的需求來(lái)自用戶的使用要求、成本約束、研制周期約束及各利益相關(guān)方的期望等。

實(shí)例中的需求來(lái)自某型動(dòng)車組的《車門控制系統(tǒng)接口與功能需求規(guī)范》。通過(guò)對(duì)需求規(guī)范的初步理解，并參考相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件，可以整理出車門控制系統(tǒng)的頂層需求圖如圖3所示。在需求模型中，帶十字圓形端點(diǎn)的連線表現(xiàn)了低層級(jí)需求和高層級(jí)需求間的組成/分解關(guān)系，所有需求的定義和詳述都被包括在“車門控制系統(tǒng)接口與功能需求規(guī)范”包中。

圖3　車門控制系統(tǒng)的頂層需求圖

車門控制系統(tǒng)的基本功能需求并非是一個(gè)全新的原始設(shè)計(jì)，所給出的需求規(guī)范包括對(duì)部分功能行為邏輯和物理實(shí)現(xiàn)方案的具體描述。對(duì)這些詳細(xì)的具體需求，按照系統(tǒng)需求的層次和分類進(jìn)行劃分整理，得到條目化需求。劃分整理的原則為1個(gè)敘述規(guī)范的需求條目描述1個(gè)待解決的問(wèn)題或1個(gè)單一的約束。需求條目間也存在著層級(jí)關(guān)系，并可以建立如分解、細(xì)化、擴(kuò)展等關(guān)聯(lián)關(guān)系，以維護(hù)需求間的追溯關(guān)系。“門動(dòng)作執(zhí)行功能”的條目化需求示例見(jiàn)表1。

表1　條目化需求示例

之后，使用需求圖建立需求間的細(xì)化層級(jí)關(guān)系。需求圖不是對(duì)條目化需求的簡(jiǎn)單重復(fù)，而是通過(guò)這種形式使需求的分解、歸類和追溯關(guān)系更具有可視性，便于使用用例圖等對(duì)需求進(jìn)行具體的建模。門動(dòng)作執(zhí)行功能的本地控制需求圖如圖4所示。對(duì)門的打開(kāi)、門的關(guān)閉及門的隔離這3大需求進(jìn)行分析，并為滿足系統(tǒng)的安全性和一些新的需求被派生出來(lái)。例如，實(shí)現(xiàn)“門的打開(kāi)”需求時(shí)，除需考慮通過(guò)速度信號(hào)判別“門打開(kāi)”有效和無(wú)效的需求，還需根據(jù)門的狀態(tài)和行為考慮音響報(bào)警裝置和按鈕激活與發(fā)光的需求。

2.1.2用例模型

在SysML語(yǔ)言中，采用用例圖可以從面向?qū)ο蟮慕嵌?，將文本化的需求描述具象化為系統(tǒng)的若干現(xiàn)實(shí)用例，并建立用例與需求、行為、物理結(jié)構(gòu)間的關(guān)聯(lián)。每個(gè)用例從系統(tǒng)用戶的角度描述了系統(tǒng)的1個(gè)交互動(dòng)作，明確了系統(tǒng)的目標(biāo)功能。

將圖4中門動(dòng)作執(zhí)行功能下的各個(gè)需求按照系統(tǒng)交互動(dòng)作的層次，使用如圖5所示用例圖中的用例一一實(shí)現(xiàn)。從圖5可以看出：該用例圖描繪了本地對(duì)車門所有可能的控制場(chǎng)景，對(duì)車門的控制由乘務(wù)員或乘客通過(guò)本地門控進(jìn)行，因此創(chuàng)建本地門控作為各項(xiàng)控制行為的用戶，建立了3個(gè)基本的系統(tǒng)目標(biāo)級(jí)用例及其子用例和分支用例。

圖4　門動(dòng)作執(zhí)行功能的需求圖

圖5　門動(dòng)作執(zhí)行功能的目標(biāo)級(jí)用例圖

圖5中的各個(gè)用例是為滿足圖4中的需求及其派生需求所進(jìn)行的具體動(dòng)作，即目標(biāo)級(jí)的用例，如“門打開(kāi)”用例對(duì)應(yīng)圖4中“門的打開(kāi)”需求等。針對(duì)其中的“門打開(kāi)”這一目標(biāo)級(jí)用例進(jìn)行細(xì)化，將分解出具體的“任務(wù)級(jí)”用例，如圖6所示。在這個(gè)過(guò)程中，圖4的各項(xiàng)需求下的細(xì)節(jié)描述將被具象化為任務(wù)級(jí)用例加入進(jìn)來(lái)，如“門隔離監(jiān)測(cè)”、“開(kāi)到位信號(hào)監(jiān)測(cè)”、“速度監(jiān)測(cè)”和“門控供電監(jiān)測(cè)”等。而針對(duì)一輛設(shè)計(jì)中的真實(shí)動(dòng)車組，將獲取“門打開(kāi)”用例在具體應(yīng)用場(chǎng)景下的變體，即“開(kāi)左門”或“開(kāi)右門”，而針對(duì)“門隔離監(jiān)測(cè)”和“開(kāi)到位信號(hào)監(jiān)測(cè)”，也有考慮真實(shí)車門拓?fù)涞南鄳?yīng)變體與之對(duì)應(yīng)。

用例幫助設(shè)計(jì)者理解實(shí)現(xiàn)“門的打開(kāi)”過(guò)程中所涉及的一些輔助功能，包括對(duì)門狀態(tài)的檢測(cè)、不同控制命令下門的響應(yīng)以及蜂鳴器的響應(yīng)；用例間的關(guān)聯(lián)關(guān)系體現(xiàn)了用例實(shí)現(xiàn)、細(xì)化的路徑；每個(gè)用例僅代表了系統(tǒng)的任務(wù)，而實(shí)現(xiàn)這個(gè)任務(wù)時(shí)系統(tǒng)所執(zhí)行的具體控制、機(jī)械或電氣行為，將在后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)程中由活動(dòng)圖，序列圖或狀態(tài)機(jī)圖進(jìn)一步闡述。

2.2　需求細(xì)化和功能分解：功能模型

功能模型是指系統(tǒng)完成既定任務(wù)目標(biāo)所需要的全部功能的集合及功能之間的邏輯關(guān)系，用于指導(dǎo)系統(tǒng)邏輯架構(gòu)的生成。在使用需求和用例模型對(duì)需求的分解過(guò)程中，只描述了用例中行為的發(fā)起者和參與者，而將系統(tǒng)的任務(wù)作為1個(gè)黑盒。而在細(xì)化用例時(shí)，則可以使用狀態(tài)圖分析系統(tǒng)組件在特定的工作場(chǎng)景中所有的可能狀態(tài)及其遷移情況；使用活動(dòng)圖詳細(xì)描述系統(tǒng)執(zhí)行功能的控制流程；使用用列圖描述系統(tǒng)中各模塊之間動(dòng)態(tài)的交互。

2.2.1門的狀態(tài)分析

對(duì)單個(gè)門工作時(shí)可能存在的狀態(tài)及狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換規(guī)則和過(guò)程進(jìn)行分析，將幫助設(shè)計(jì)者理解系統(tǒng)的行為，并設(shè)計(jì)出能使控制功能實(shí)現(xiàn)的邏輯結(jié)構(gòu)?！伴T的狀態(tài)”的狀態(tài)機(jī)如圖7所示。從圖7可以看出：車門在通電時(shí)進(jìn)入受控狀態(tài)，通過(guò)對(duì)圖4中詳細(xì)需求的分類和總結(jié)，定義了門的5個(gè)可能的狀態(tài)，并對(duì)這些狀態(tài)之間可能的轉(zhuǎn)換規(guī)則和過(guò)程進(jìn)行分析。“可控制”和“隔離”是相對(duì)的2個(gè)狀態(tài)，門可以在“可控制”時(shí)進(jìn)入到其他任意狀態(tài)，并可以從除了“開(kāi)到位”之外的任意狀態(tài)轉(zhuǎn)換到“隔離”狀態(tài)，在該狀態(tài)下無(wú)法對(duì)車門執(zhí)行任何操作，僅當(dāng)隔離開(kāi)關(guān)解除后，車門才能回到可控制狀態(tài)；車門控制系統(tǒng)通過(guò)“門打開(kāi)”和“門關(guān)閉”操作進(jìn)行門的“開(kāi)到位”狀態(tài)和“關(guān)到位”狀態(tài)之間的切換，每當(dāng)進(jìn)入到這2個(gè)狀態(tài)時(shí)，都要向系統(tǒng)的中央控制單元發(fā)送“開(kāi)到位”或“關(guān)到位”的信號(hào)；當(dāng)車速大于15 km·h-1或有人為操作時(shí)，會(huì)觸發(fā)門的閉鎖，使其進(jìn)入閉鎖狀態(tài)，且無(wú)法直接對(duì)處于閉鎖狀態(tài)的車門執(zhí)行開(kāi)門操作，需要滿足一定條件(速度小于5 km·h-1或人為操作)才能解除閉鎖并轉(zhuǎn)換到其它狀態(tài)。

圖7　“門的狀態(tài)”的狀態(tài)機(jī)圖

圖7只對(duì)單個(gè)車門受控時(shí)的正常工況變化進(jìn)行了描述，由于篇幅有限，未對(duì)車門故障工況進(jìn)行描述。

2.2.2功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程

在SysML語(yǔ)言中，使用活動(dòng)圖對(duì)真實(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行建模，與傳統(tǒng)的流程圖類似，用圓角矩形框表示行為過(guò)程中被稱為“活動(dòng)”的單個(gè)步驟。此外，單個(gè)活動(dòng)的輸入、輸出、序列、判斷條件以及活動(dòng)之間的多種鏈接方式都可以在活動(dòng)圖中得到體現(xiàn)。

使用如圖8所示的活動(dòng)圖對(duì)圖6中“開(kāi)左門”任務(wù)的控制過(guò)程進(jìn)行分解，該過(guò)程就是對(duì)“門打開(kāi)”用例的行為進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)合圖7中對(duì)門各種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換，可知“開(kāi)到位”狀態(tài)只能從“關(guān)到位”和“可控制”狀態(tài)轉(zhuǎn)換而來(lái)，因此除了對(duì)“開(kāi)左門”命令本身進(jìn)行合法性驗(yàn)證外，還應(yīng)判斷門是否處于“隔離”或“閉鎖”狀態(tài)，即圖6中的“門隔離監(jiān)測(cè)”、 “速度監(jiān)測(cè)”和“門控供電監(jiān)測(cè)”，而最終呈現(xiàn)的活動(dòng)圖則體現(xiàn)了“開(kāi)左門”這一控制任務(wù)的邏輯設(shè)計(jì)結(jié)果。

圖8　對(duì)“開(kāi)左門”任務(wù)控制過(guò)程分解活動(dòng)圖

2.2.3任務(wù)細(xì)化

雖然圖8所示的活動(dòng)圖建立了對(duì)“開(kāi)左門”任務(wù)控制過(guò)程的分解，但依然是在粗粒度上對(duì)系統(tǒng)行為的描述。對(duì)其中的“執(zhí)行開(kāi)左門過(guò)程：門打開(kāi)過(guò)程”這一活動(dòng)，可用如圖9所示的“門打開(kāi)過(guò)程”活動(dòng)圖描述其具體執(zhí)行過(guò)程中“開(kāi)到位檢測(cè)”、“蜂鳴器發(fā)聲”和“指示燈激活”的活動(dòng)。這種分層次建模方式的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是利用SysML語(yǔ)言的層次化多視圖特性，允許設(shè)計(jì)者對(duì)每個(gè)任務(wù)做進(jìn)一步的細(xì)化；另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以利用SysML語(yǔ)言的面向?qū)ο筇卣?，即無(wú)論是“開(kāi)左門”還是“開(kāi)右門”任務(wù)，都涉及受控門的“門打開(kāi)過(guò)程”活動(dòng)的執(zhí)行。將“門打開(kāi)過(guò)程”建立為獨(dú)立的模型，就可以在不同的門打開(kāi)任務(wù)模型中直接復(fù)用，而不必對(duì)同樣的過(guò)程進(jìn)行重復(fù)建模。

序列圖可以從系統(tǒng)各個(gè)模塊之間消息傳遞的交互及序列的角度對(duì)系統(tǒng)的某一活動(dòng)進(jìn)行細(xì)化，其中消息指系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)組件上服務(wù)的調(diào)用或信號(hào)的發(fā)送。針對(duì)圖9所示的3個(gè)活動(dòng)中的 “蜂鳴器發(fā)聲過(guò)程”建立如圖10所示的序列圖。通過(guò)對(duì)消息流的分析和動(dòng)車組控制及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的拓?fù)湫枨螅褎?dòng)車組的車門控制系統(tǒng)分成3個(gè)層級(jí)：車輛級(jí)車門控制單元(由中央控制單元負(fù)責(zé))、車廂級(jí)車門控制單元(由各車廂的主車門控制單元負(fù)責(zé))和門控器。它們之間的消息傳遞由MVB總線和CAN總線實(shí)現(xiàn)，并由門控器最終驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(蜂鳴器)實(shí)現(xiàn)“蜂鳴器發(fā)聲”這一活動(dòng)。

圖9　“門打開(kāi)過(guò)程”活動(dòng)圖

圖10　“蜂鳴器發(fā)聲過(guò)程”序列圖

2.3　架構(gòu)生成：邏輯和物理架構(gòu)模型

功能模型確定了系統(tǒng)的行為，而系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最后1個(gè)步驟是為系統(tǒng)的行為建立系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)模塊、模塊間的邏輯結(jié)構(gòu)和模塊間交互所需的接口。塊定義圖可用于定義系統(tǒng)自身物理組成、邏輯結(jié)構(gòu)及接口；內(nèi)部塊圖則用于描述系統(tǒng)與外部環(huán)境或子系統(tǒng)各模塊與外部總線和環(huán)境之間的電氣連接、物理關(guān)聯(lián)和信號(hào)傳輸?shù)取?/p>

總結(jié)之前在需求細(xì)化和功能分解部分對(duì)動(dòng)車組車門控制系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的分析，其物理結(jié)構(gòu)塊定義圖如圖11所示。從圖11可以看出：司機(jī)控制臺(tái)、制動(dòng)控制單元(BCU)、中央控制單元(CCU)、車門及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等子系統(tǒng)共同完成了對(duì)車門的控制，而這些子系統(tǒng)又分別包含不同的內(nèi)部組件。

圖11　動(dòng)車組車門控制系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)的塊定義圖

在對(duì)圖10分析的基礎(chǔ)上，可以給出動(dòng)車組單個(gè)車門的門控器、主車門控制單元與CCU這3級(jí)門控系統(tǒng)的通信接口的具體描述，如圖12所示。

圖12門控器、主車門控制單元與CCU的通信接口內(nèi)部塊圖

3　結(jié)論及展望

(1) 基于MBSE的動(dòng)車組設(shè)計(jì)方法，主要包括需求分析、功能分解、系統(tǒng)架構(gòu)生成3個(gè)設(shè)計(jì)階段；同時(shí)在這3個(gè)設(shè)計(jì)階段間規(guī)劃了4條設(shè)計(jì)回路，將各個(gè)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行有機(jī)關(guān)聯(lián)。

(2) 研究了SysML語(yǔ)言對(duì)動(dòng)車組設(shè)計(jì)MBSE方法的支持，根據(jù)所提出的基于MBSE的動(dòng)車組設(shè)計(jì)方法，以某型動(dòng)車組車門控制系統(tǒng)為例，在對(duì)其進(jìn)行任務(wù)分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，使用SysML語(yǔ)言的9種視圖構(gòu)建了車門控制系統(tǒng)的需求和用例模型、功能模型及邏輯和物理架構(gòu)模型。建立的SysML模型能夠以圖形化的方式直觀的體現(xiàn)設(shè)計(jì)信息，并具有可重用性。模型間的關(guān)聯(lián)，如需求與用例的關(guān)聯(lián)，任務(wù)與任務(wù)細(xì)化模型的關(guān)聯(lián)等，保證了整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中信息的可追溯性，并幫助設(shè)計(jì)者優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)計(jì)迭代過(guò)程。通過(guò)對(duì)車門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行較全面地描述，論證了基于SysML語(yǔ)言的MBSE方法在動(dòng)車組設(shè)計(jì)中的適用性。

(3) 在未來(lái)的研究中，將繼續(xù)在其他動(dòng)車組子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)任務(wù)中探索和實(shí)踐MBSE方法，特別是研究4條設(shè)計(jì)回路間的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)方式，使得每個(gè)設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)結(jié)果既能正向驅(qū)動(dòng)下一階段的設(shè)計(jì)，又能逆向反饋到前一階段，以促進(jìn)設(shè)計(jì)的迭代更新；使用本領(lǐng)域的通用設(shè)計(jì)知識(shí)對(duì)SysML語(yǔ)言進(jìn)行擴(kuò)展和建設(shè)模型庫(kù)，加強(qiáng)建模元素的易用性和可重用性以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)者的建模操作；針對(duì)動(dòng)車組系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能驗(yàn)證，還將研究動(dòng)車組設(shè)計(jì)SysML模型與本領(lǐng)域內(nèi)仿真平臺(tái)的集成。

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