基于SysML系统模型的可靠性框图RBD辅助建模方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010264342.X (22)申请日 2020.04.07 (71)申请人 中国电子科技集团公司第二十九研 究所 地址 610036 四川省成都市金牛区营康西 路496号 (72)发明人 江浩彭祥飞龚懿宋悦刚 王步冉邓林 (74)专利代理机构 成都九鼎天元知识产权代理 有限公司 51214 代理人 夏琴 (51)Int.Cl. G06F 8/20(2018.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种基于SysML系统模型的可靠性框图RBD 辅助。

2、建模方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于SysML系统模型的可 靠性框图RBD辅助建模方法。 所述建模方法包括 以下过程： 基于规范的系统建模方法构建系统模 型； 提取系统模型中的用例图， 形成任务剖面； 解 析系统模型中的系统组成单元； 从白盒活动图中 提取与任务执行相关系统单元； 构建系统/产品 基本可靠框图模型； 更新基本可靠性框图模型中 的并联结构， 构建子用例任务可靠性框图模型； 综合各子任务用例的可靠性框图模型， 获得系 统/产品的基于用例的任务可靠性框图模型。 该 方法适用于组成复杂、 任务剖面复杂的系统/产 品， 提高了可靠性框图模型建模及时性和效率。 权利要求书1页 说明。

3、书5页 附图7页 CN 111562904 A 2020.08.21 CN 111562904 A 1.一种基于SysML系统模型的可靠性框图RBD辅助建模方法， 其特征在于， 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； 步骤S5， 将步骤。

4、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。 2.如权利要求1所述的基于SysML系统模型的可靠性框图RBD辅助建模方法， 其特征在 于， 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。

5、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。 3.如权利要求1所述的基于SysML系统模型的可靠性框图RBD辅助建模方法， 其特征在 于， 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。 4.如权利要求1所述的基于SysML系统模型的可靠性框图RBD辅助建模方法， 其特征在 于， 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。 5.如权利要求1所述的基于SysML系统模型的可靠性框图RBD辅助建模方法。

6、， 其特征在 于， 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。 6.如权利要求1所述的基于SysML系统模型的可靠性框图RBD辅助建模方法， 其特征在 于， 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， 并以搜索到的逻辑单元作为可靠性框图模型中的节点单元。 7.如权利要求1所述的基于SysML系统模型的可靠性框图RBD辅助建模方法， 其特征在 于， 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。

7、于1的系统组成单元更新为并联结构。 8.如权利要求1所述的基于SysML系统模型的可靠性框图RBD辅助建模方法， 其特征在 于， 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。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111562904 A 2 一种基于SysML系统模型的可靠性框图RBD辅助建模方法 技术领域 0001 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 0002 根据GJB451A中的定义， 基本可靠性是指产品在规定条件， 规。

8、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。

9、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。 0003 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。

10、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。 0004 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。

11、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。 0005 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。

12、的高效转化带来了可能。 0006 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 说明书 1/5 页 3 CN 111562904 A 3 问题： 0007 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； 0008 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； 0009 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。

13、等资源。 0010 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。 发明内容 0011 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。 0012 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： 0013 步骤S1， 使用SysML系统建模语言， 基于规范的系统建模方。

14、法构建系统模型； 0014 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； 0015 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； 0016 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； 0017 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； 0018 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。

15、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； 0019 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。 0020 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。 0021 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。

16、， 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。 0022 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。 0023 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。 0024 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 说明书 2/5 页 4 CN 111562904 A 4 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。 0025 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； 。

17、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。 0026 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。 0027 与现有技术相比， 采用上述技术方案的有益效果为： 0028 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。 0029 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。 0030 3)与现有方法相比， 本发明简化了设计人员在可靠性框图。

18、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。 0031 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 0032 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； 0033 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； 0034 图2(b)是基于系统。

19、模型的产品/系统任务剖面提取的系统模型活动图； 0035 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； 0036 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； 0037 图3(b)是基于系统模型的产品组成提取的系统组成列表； 0038 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； 0039 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； 0040 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； 0041 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； 0042 图5(a)是基。

20、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； 0043 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； 0044 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； 0045 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。 说明书 3/5 页 5 CN 111562904 A 5 具体实施方式 0046 下面结合附图对本发明做进一步描述。 0047 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： 0048 步骤S1， 使用SysML系统建模语。

21、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； 0049 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； 0050 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； 0051 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； 0052 步骤S5， 将步骤S4中提取得到的系统。

22、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； 0053 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。 0054 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。 0055 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，。

23、 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。 0056 作为其中一种实施例 0057 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。

24、辑互联。 0058 作为其中一种实施例 0059 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，。

25、 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。 0060 作为其中一种实施例 0061 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 说明书 4/5 页 6 CN 111562904 A 6 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。 0062 作为其中一种实施例 0063 d)提取与任务执行相关系统单元： 通常情况下，。

26、 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。 0064 作为其中一种实施例 0065 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。

27、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。 0066 作为其中一种实施例 0067 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。

28、型如图4(d)所示， 2个电源模块1为并联结构关系。 0068 作为其中一种实施例 0069 g)构建产品任务可靠性框图模型 0070 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。

29、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。 0071 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。 说明书 5/5 页 7 CN 1。

30、11562904 A 7 图1 说明书附图 1/7 页 8 CN 111562904 A 8 图2(a) 图2(b) 说明书附图 2/7 页 9 CN 111562904 A 9 图2(c) 图3(a) 说明书附图 3/7 页 10 CN 111562904 A 10 图3(b) 图4(a) 说明书附图 4/7 页 11 CN 111562904 A 11 图4(b) 图4(c) 说明书附图 5/7 页 12 CN 111562904 A 12 图4(d) 图5(a) 图5(b) 说明书附图 6/7 页 13 CN 111562904 A 13 图5(c) 图5(d) 说明书附图 7/7 页 14 CN 111562904 A 14 。