一种直升机系统性能指标建模分析方法与流程

本发明属于需求工程领域的需求建模分析和验证技术，解决直升机系统性能指标需求缺少工程化分析方法的问题，涉及一种直升机系统性能指标建模分析方法。

背景技术：

1、需求工程是对系统需求的分析和验证，是系统设计之前的必要环节，对于提高系统设计的完整性和客户满意度有重要意义。本方法是对传统需求工程中指标分析分解流程的改进，根据现有的需求工程方法，如国际系统工程师协会(incose)发布的系统工程手册中虽然说明了系统定量指标分为“效能-性能”两层指标类型，但并未说明性能指标的来源和分析过程。在基于系统建模语言(sysml)的需求建模分析中，对直升机系统性能指标类需求的分析，大都是根据直升机设计师经验提出的。未能从实现直升机效能指标的角度，依托直升机使用场景，开展性能指标分析。极易出现性能指标分析不完整的问题，导致研制的直升机因性能指标不全，造成验证不充分，最后在使用中不能满足效能指标要求，增加直升机系统研制返工风险。

技术实现思路

1、本发明目的：本发明针对直升机系统性能指标分析，提出了基于模型的“效能指标-性能指标”两级指标分解和验证的流程方法。促进直升机系统性能指标分解的完整高效，并能够采用模型计算方式，验证性能指标能否实现效能指标，说明性能指标分解结果的合理性

2、本发明技术方案：一种直升机系统性能指标的建模分析方法，包括以下步骤：

3、第一步，根据客户需求提出直升机系统的效能指标范围；

4、第二步，建立使用场景过程模型，描述直升机系统使用场景过程的功能顺序；

5、第三步，分解直升机系统的性能指标；

6、第四步，建立定量的性能指标计算模型；按照分析得到的每项功能输入参数、输出参数，建立从输入参数计算输出参数的公式；

7、第五步，在使用场景过程模型中集成定量的性能指标计算模型；

8、第六步，对性能指标计算模型的计算cpu时间进行配置；

9、在第五步得到的集成定量的性能指标计算模型中，为使每个性能指标计算模型在计算中消耗的计算机cpu时间，与该模型模拟的系统使用场景中相应的物理现象时间成统一比例，应先使用sysml建模工具中的仿真时间记录工具，获得每种性能指标计算模型在计算时消耗的cpu时间；然后分析直升机系统使用场景中相应物理现象时间，然后分析每种性能指标计算模型的cpu时间与物理现象时间之比，取其中比例最大者，然后用最大比例乘以每种性能指标计算模型模拟的物理现象时间，得到每种性能指标计算模型的计算cpu时间配置。

10、第七步，集成模型仿真和性能指标验证；

11、使用sysml的活动视图建模工具库，对经过集成、并完成计算cpu时间配置后的模型开展仿真计算，从计算过程产生的数据中开展评估，得到效能指标的计算值，然后将计算值跟客户提出的效能指标取值范围进行对比，如果计算值在取值范围之内，即验证了上面第三步中依据效能指标分解得到的直升机系统性能指标、第五步为性能指标赋予的第1轮指标值是正确可行的，如果计算值不在取值范围之内，则回到第三步，重新开展性能指标分解和赋值。

12、所述步骤1效能指标作为直升机系统需求分析的最顶层对标物,是直升机系统在使用场景中为客户发挥的功用效果，效能指标及其取值范围要求由客户提出，效能指标需要依托系统使用场景，在定性的使用场景过程中集成定量的性能指标计算模型，然后在使用过程中开展计算，从计算数据中得到效能指标的数值。

13、所述步骤2根据客户提出的效能指标所依托的使用场景，继续分析该使用场景中包含哪些功能，以及这些功能按怎样的逻辑顺序排列，才能组成客户需要的使用场景过程，然后使用系统建模语言sysml中的活动视图建模工具库，首先利用功能建模工具，建立使用场景中的全部功能模型，然后利用线型工具，在功能模型之间拉起箭头线进行连接，以箭头线的方向指向，描述功能的逻辑顺序。

14、所述步骤3以计算效能指标的数值为目的，按照各项功能的逻辑顺序，从后向前分析每一项功能应该输出哪些参数，然后为计算得到输出参数；分析每一项功能应该输入哪些参数，然后从每项功能的输入参数中，识别属于系统固有属性的参数，确定为附属于该项功能的性能指标。

15、所述步骤4包含的计算公式有运动学计算、时间计算、误差计算；输入参数有初速度、初始位移、加速度、速度、功能耗时、误差期望；输出参数有速度、位移、总耗时、随机误差。

16、所述步骤4定量的性能指标计算模型具体计算如下：

17、运动学计算：

18、速度＝初速度+加速度×功能时间；

19、位移＝初始位移+速度×功能时间；

20、时间计算：

21、总耗时＝第一项功能耗时+第二项功能耗时+……；

22、误差计算：

23、随机误差值＝误差期望值×2×[0，1]区间内随机数；

24、然后使用sysml语言中的活动视图建模工具库，利用其中的javascript程序语言建模工具，建立上述计算公式的javascript程序语言模型

25、将输入参数和输出参数在javascript语言中的变量名定为，初速度—vel0、初始位移—dis0、加速度—acc、速度—vel、功能耗时—funtime(第一项功能耗时定为funtime1、第二项功能耗时定为funtime2、……)、误差期望—errdes、位移—dis、总耗时—tottime、随机误差—errrand。

26、运动学计算公式的javascript程序语言模型：

27、vel＝vel0+acc*funtime；

28、dis＝dis0+vel*funtime。

29、时间计算公式的javascript程序语言模型：

30、tottime＝funtime1+funtime2+……。

31、误差计算公式的javascript程序语言模型：

32、errrand＝errdes*2*math.random()。

33、javascript程序语言计算模型的输入参数中包含有性能指标，所以将这种定量计算模型称为定量的性能指标计算模型。

34、所述步骤5根据定量的性能指标计算模型对功能的附属关系，利用sysml线型工具中的箭头线，将每个定量的性能指标计算模型连接在对应的功能模型之后，在每个定量的性能指标计算模型中，以之前同类直升机系统性能指标数值，利用javascript程序语言，为性能指标赋予第1轮指标值。

35、所述步骤6每种性能指标计算模型的计算cpu时间配置为：

36、表1各项性能指标计算模型计算cpu时间的配置

37、

38、本发明的有益效果：

39、本方法是对直升机系统性能指标分析方法的进一步改进，具有如下技术效果：

40、(1)本方法以计算得到效能指标值为目标，根据直升机使用场景的功能逻辑顺序，从后向前对每项功能在计算中的输出参数、输入参数开展分析，然后将输入参数中属于系统固有属性的参数，确定为直升机系统的性能指标。相比于以往根据直升机设计师经验提出性能指标的办法，对性能指标的分解更加完整、严谨；

41、(2)使用系统建模语言(system modeling language，简称sysml)中的活动视图建模工具库，提出在功能模型后衔接定量的性能指标计算模型的建模方法，建立了直升机系统使用场景过程模型和定量的性能指标计算模型等2种模型的集成模型。能够按照系统使用场景的功能逻辑顺序，开展每项功能对应的性能指标计算，获得效能指标值，与客户提出的效能指标取值范围进行对比，以验证分解得到的性能指标类型和数值是否正确。能够基于模型，对分解得到的系统性能指标进行完整、高效的验证；

42、(3)提出的性能指标计算模型的计算cpu时间按最大比例统一配置的方法，解决了多个性能指标计算模型在计算中，因消耗的计算机cpu时间跟模拟的物理现象时间不成统一比例，造成性能指标计算模型的运行逻辑顺序与系统使用场景中的实际物理现象逻辑顺序不一致，进而导致计算结果错误的问题。