一种基于SysML系统模型的可靠性框图RBD辅助建模方法与流程

本发明涉及系统可靠性建模技术领域，特别是一种基于sysml系统模型的可靠性框图rbd辅助建模方法。

背景技术：

根据gjb451a中的定义，基本可靠性是指产品在规定条件，规定时间内，无故障工作的能力。基本可靠性反映产品对维修资源的要求。确定基本可靠性值时，应统计产品的所有寿命单位和所有的关联故障。对任务可靠性的定义则指产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。为了分析和评估产品的基本可靠性和任务可靠性水平，通常需要建立产品的可靠性模型。工程实践中，可靠性框图模型被广泛应用于识别和分析系统/产品中组成单元的可靠性逻辑关系。进一步地，基于可靠性框图模型可以实现系统/产品的可靠性指标分配，系统/产品的可靠性水平预计及评估。在系统/产品可靠性要求较高的场合，可靠性框图模型的合理运用甚至能直接影响多设计方案比选中的设计决策。在系统/产品的可靠性设计分析活动中，可靠性框图建模是开展可靠性设计分析的基础，同时也是系统/产品维修性、保障性等通用质量特性的设计分析的前提。

无论是基本可靠性模型还是任务可靠性模型，都是以系统/产品的信息为基础。对系统/产品的工作原理、功能及单元组成等系统信息的准确理解是建立合理有效可靠性框图模型的必要前提。在一般情况下，系统/产品可靠性框图建模工作与系统分析与设计过程并行开展，但是在实际情况中，由于设计方法手段的不足，导致可靠性分析工作不能及时地与系统设计同步刷新。作为可靠性设计分析乃至包括维修性、保障性等在其他通用质量特性设计分析的基础工作项目，可靠性框图建模与系统的产品数据信息密切相关。但是由于系统模型与可靠性模型对系统/产品信息所反映的侧面维度及建模方法不同，导致系统设计分析过程中的产品数据结构的变化，不能及时反映到可靠性框图模型中。最终导致可靠性分析与设计工作的有效性不足，可靠性工作与系统/产品设计工作的“两张皮”问题。

同时，传统的可靠性框图模型的建立很大程度上依赖于设计人员的工程经验，建立所得的可靠性模型因人而异且主观性强、模型质量参差不齐，难以稳定保证可靠性建模工作质量水平。同时在一般情况下，可靠性建模工作需要可靠性工程人员耗费大量的时间熟悉产品的功能组成，同时需要设计人员提供足够的产品可靠性参数信息，往往导致可靠性建模工作过程耗费大量的资源消耗，且不能保证可靠性建模分析质量的提升。

另一方面，复杂系统/产品的开发实现过程越来越依赖于建模型和仿真技术，基于文档的传统系统工程方法存在许多难以克服的困难，随之发展了基于模型的系统工程方法(mbse)。sysml作为一种图形化系统建模语言，提供了用于表达系统信息的统一建模标准。支持对复杂系统的描述、分析、设计、验证与确认。基于统一的语义，sysml能有效提升不同利益有关方(包括不同专业设计师)之间的沟通效率。同时，采用sysml构建系统模型，也为不同专业模型之间的高效转化带来了可能。

综上所述，当前系统可靠性建模，尤其是独立进行的可靠性框图建模中存在如下问题：

1.可靠性框图建模与产品/系统分析设计过程难以同步更新，造成可靠性分析与设计工作时效性差、有效性不足；

2.传统可靠性建模工作中主观性强，依赖于建模工程人员的能力和经验，可靠性模型质量水平难以提供稳定保证；

3.传统可靠建模工作与产品设计过程隔离，可靠性建模需要可靠性工程师深度了解产品系统，同时需要产品设计人员提供足够的产品可靠性信息，导致工作开展过程耗费大量时间和人力等资源。

4.基于模型的系统工程方法(mbse)作为未来复杂系统/产品开发实现过程中的重要方法手段，在可靠性分析与设计专业维度需要有技术方法与之匹配，同时mbse方法也为系统模型向可靠框图模型的高效构建提供了实现途径。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，解决可靠性框图模型建模方法的高效快速性，提供了一种基于sysml系统模型的可靠性框图rbd辅助建模方法。

本发明采用的技术方案如下：一种基于sysml系统模型的可靠性框图rbd辅助建模方法，包括：

步骤s1，使用sysml系统建模语言，基于规范的系统建模方法构建系统模型；

步骤s2，提取系统模型中的用例图，通过用例图中的用例、用例间的组合关系及用例的执行顺序形成系统/产品的任务剖面；

步骤s3，提取系统模型中的块定义图，解析系统模型中的系统组成单元；

步骤s4，获取系统模型中用于描述系统用例实现的白盒活动图，从白盒活动图中提取用例实现过程被激活使用的系统组成单元，即提取任务执行相关的系统组成单元；

步骤s5，将步骤s4中提取得到的系统组成单元组成串联可靠性框图模型，构成系统/产品的基本可靠性框图模型；

步骤s6，获取系统模型中的块定义图、内部模块图，根据系统组成单元的数量更新基本可靠性框图模型中的并联结构，构建子任务用例的任务可靠性框图模型；

步骤s7，综合各子任务用例的任务可靠性框图模型，获得系统/产品的基于用例的任务可靠性框图模型。

进一步的，所述步骤s1中，使用用例图构建系统/产品的使用场景或任务集合，使用活动图和顺序图展示系统/产品用例的实现过程或原理，使用块定义图定义系统/产品的静态结构，使用内部模块图构建系统/产品内部逻辑单元组成之间的逻辑互联。

进一步的，所述步骤s2中，解析用例图中子用例的子任务项，确定各子任务项的执行顺序，对各用例定义任务执行时间、工况条件参数相关的属性，形成与任务执行时间、工况条件参数相关的属性有关的任务剖面。

进一步的，所述步骤s3中，在系统模型的可靠性参数中，定义可靠度和失效率。

进一步的，所述步骤s4中，不同任务活动相关的系统单元隐含在系统模型的白盒活动图和顺序图。

进一步的，所述步骤s5中，按照白盒活动图中活动流或顺序图中的消息流，搜寻对应的逻辑单元，并以搜索的逻辑单元作为可靠性框图模型中的节点单元。

进一步的，所述步骤s6中，根据块定义图、内部模块图检查各单元的多重性属性，获取系统组成单元的数量；结合内部模块模块图中的产品逻辑结构信息，在基本可靠性框图模型中对数量大于1的系统组成单元更新为并联结构。

进一步的，所述步骤s7中，获取各个子任务用例的任务可靠性框图模型，合并各子用例的任务可靠性框图模型中的重复单元，形成组合用例的任务可靠性框图。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：

1)本发明可通过计算机辅助方式实现，适用于组成复杂、任务剖面复杂的系统/产品。

2)与现有的可靠性框图模型独立建模的方式相比，本发明提高了可靠性框图模型建模及时性和效率。

3)与现有方法相比，本发明简化了设计人员在可靠性框图建模工作中的繁琐建模细节。具体体现在：通过自动转化的方式实现了初步可靠性框图模型的建立，设计人员只需在初步模型基础上对模型进行完善处理。

4)与现有方法相比，本发明直接提取系统模型中的产品结构数据信息，对系统模型与可靠性框图模型数据源进行了统一，避免了系统/产品设计过程中由于更替频繁导致系统模型与可靠性框图模型中数据源管理混乱、两个维度模型中数据源不一致的问题。

附图说明

图1是本发明基于sysml系统模型的可靠性框图rbd辅助建模方法流程图；

图2(a)是基于系统模型的产品/系统任务剖面提取的系统模型用例图；

图2(b)是基于系统模型的产品/系统任务剖面提取的系统模型活动图；

图2(c)是基于系统模型的产品/系统任务剖面提取的系统执行功能的任务剖面；

图3(a)是基于系统模型的产品组成提取的系统模型块定义图；

图3(b)是基于系统模型的产品组成提取的系统组成列表；

图4(a)是基于系统模型的初始任务可靠性框图模型构建的系统模型活动图；

图4(b)是基于系统模型的初始任务可靠性框图模型构建的系统模型顺序图；

图4(c)是基于系统模型构建的初始(基本)可靠性框图模型构建；

图4(d)是基于系统模型构建的子用例任务可靠性框图模型；

图5(a)是基于任务剖面的可靠性框图综合的执行子功能1任务剖面可靠性框图模型；

图5(b)是基于任务剖面的可靠性框图综合的执行子功能2任务剖面可靠性框图模型；

图5(c)是基于任务剖面的可靠性框图综合的执行子功能3任务剖面可靠性框图模型；

图5(d)是基于任务剖面的可靠性框图综合的执行子功能4任务剖面可靠性框图模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示，一种基于sysml系统模型的可靠性框图rbd辅助建模方法，包括：

步骤s1，使用sysml系统建模语言，基于规范的系统建模方法构建系统/产品的系统模型；系统模型是基于面向对象的系统工程方法构建，例如harmonyse等；

步骤s2，提取系统模型中的用例图，通过用例图中的用例、用例间的组合关系及用例的执行顺序形成系统/产品的任务剖面；

步骤s3，提取系统模型中的块定义图产品组成单元、单元属性、单元数量等，解析系统模型中的系统组成单元；

步骤s4，获取系统模型中用于描述系统用例实现的白盒活动图，从白盒活动图中提取用例实现过程被激活使用的系统组成单元，即提取任务执行相关的系统组成单元；

步骤s5，将步骤s4中提取得到的系统组成单元组成串联可靠性框图模型，构成系统/产品的基本可靠性框图模型；

步骤s6，获取系统模型中的块定义图、内部模块图，检查各逻辑单元的多重性属性，获取组成单元的数量。根据系统组成单元的数量更新基本可靠性框图模型中的并联结构，构建子任务用例的任务可靠性框图模型。

步骤s7，综合各子任务用例的任务可靠性框图模型，获得系统/产品的基于用例的任务可靠性框图模型。

上述实施例的技术方案提供了一种高效快速的可靠性框图模型建模方法，匹配频繁更新迭代的系统功能性能设计过程；该方案尽可能地减少可靠性框图建模过程对设计人员主观性的依赖及过程不一致性，提供一种标准化的基于系统模型的辅助建模范式；该方案增加可靠性框图模型建立过程中对系统信息的沟通和理解效率，提升建模效率；该方案匹配未来可期的基于模型的系统工程(mbse)产品开发实现过程方法，提供一种基于模型的可靠性分析与设计技术方法。

作为其中一种实施例

a)构建系统模型：使用sysml系统建模语言规范地表达系统信息构建系统/产品的系统模型。系统模型中，使用用例图构建系统/产品的使用场景或任务集合，使用活动图和顺序图展示系统/产品用例的实现过程或原理，使用块定义图定义系统/产品的静态结构，使用内部模块图构建系统/产品内部逻辑单元组成之间的逻辑互联。

作为其中一种实施例

b)提取任务剖面：提取系统模型中的用例图，通过用例图中的用例、用例间的组合关系及用例的执行顺序形成系统/产品的任务剖面。如图2(a)(b)(c)所示“执行系统功能1”用例，包含有“执行子功能1”、“执行子功能2”和“执行子功能3”等三个独立的用例。这些子用例构成了“执行系统功能1”用例的子任务项，各子任务项的执行顺序通过图2(b)所示的系统模型中的活动图或顺序图确定，“执行子功能1”到“执行子功能2”到“执行子功能3”；进一步地，可对各用例定义任务执行时间、工况条件参数相关的属性进行定义，最后形成任务剖面如图2(c)所示，横坐标为任务执行时间，纵坐标为工况因素。

作为其中一种实施例

c)解析产品组成：如图3(a)中，该实施例的系统包括电源模块1、计算模块、电源模块2、控制模块、驱动模块和执行模块；如图3(b)的系统组成列表中，对图3(a)中的模块数量和可靠性参数进行展示，与系统组成逻辑单元相关的可靠性参数，如可靠度、失效率等可在系统模型进行参数定义，以此保证可靠性数据的同源性。

作为其中一种实施例

d)提取与任务执行相关系统单元：通常情况下，对应一项任务的执行，并不是所有的系统组全部参与活动过程。对应不同的任务活动，与之相关的系统单元隐含在系统模型的白盒活动图和顺序图中。在白盒活动图、顺序图中，提取任务用例实现过程被激活使用的系统单元。如图4(a)(b)所示的活动图和顺序图，“电源模块1”、“控制模块”、“驱动模块”等系统组成参与“执行系统功能1”子任务用例执行。

作为其中一种实施例

e)构建基本可靠框图模型：基本可靠性框图的构建方式按照活动图中活动流或顺序图中的消息流，搜寻对应的逻辑单元，并以此作为可靠性框图模型中的节点单元。初步地，可将得到的节点单元以串联的方式进行互联，构建得到特定子任务用例的基本可靠性框图模型，如图4(c)所示，电源模块1、控制模块、驱动模块为串联的方式。可靠性框图模型中节点单元的可靠性参数从系统模型参数中提取。

作为其中一种实施例

f)构建子用例任务可靠性框图模型：对基本可靠性框图模型中节点的逻辑关系进行完善，步骤如下：根据系统模型中块定义图、内部模块图中定义的系统单元的多重性属性，获取系统组成单元的数量。结合内部模块模块图中的产品逻辑结构信息，在初始任务可靠性框图模型中对数量大于1的系统单元(单一系统单元或一组系统单元)更新为并联结构。最后形成子用例任务可靠性框图模型如图4(d)所示，2个电源模块1为并联结构关系。

作为其中一种实施例

g)构建产品任务可靠性框图模型

针对存在组合关系的任务用例，应对每一个子任务用例执行b)～f)步骤，形成各子任务用例的可靠性框图模型。如图5(a)为“执行子功能1”的可靠性框图模型，如图5(b)为“执行子功能2”的可靠性框图模型，如图5(c)为“执行子功能3”的可靠性框图模型，综合“执行子功能1”、“执行子功能2”和“执行子功能3”等子用例的任务可靠性框图模型，合并各子用例任务可靠性框图模型中的重复单元(如驱动模块、执行模块等)，如子任务功能1和子任务功能2有重复单元驱动模块，将驱动单元合并；合并重复单元并联结构(如电源模块1并联结构)，任务功能1和子任务功能2有重复的电源模块1并联结构，合并后形成组合用例的任务可靠性框图如图5(d)，包括串联的电源模块1(并联结构)、驱动模块、执行模块、控制模块、电源模块2。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。