基于模型转换的飞机后缘襟翼控制系统的设计方法

技术领域

本申请涉及飞机设计技术领域，具体涉及一种基于模型转换的飞机后缘襟翼控制系统的设计方法。

背景技术

目前，与系统架构如飞机后缘襟翼控制系统设计过程结合与联动不紧密、不能对系统架构设计形成有效约束、系统研制早期可靠性或者安全性设计控制与过程评价力度不足等问题已经成为制约系统可靠性/安全性工作的关键问题。

且现有的飞机后缘襟翼控制系统设计方法中无法实现系统架构元素到FMEA即故障模式及影响分析和FTA故障树的高效关联、以及系统可靠性/安全性分析的有效追溯，导致飞机后缘襟翼控制系统设计时安全性/可靠性设计分析活动的效率低下。

发明内容

本申请的目的在于提出一种解决飞机后缘襟翼控制系统设计时存在的安全性和/或可靠性设计分析效率低下的技术问题，从而解决以上背景技术所提到的技术问题。

本发明提出了一种基于模型换换的飞机后缘襟翼控制系统的设计方法，该方法包括：

飞机后缘襟翼控制系统SysML模型建立步骤，在SysML软件中生成飞机后缘襟翼控制系统的块定义图和内部块图以建立飞机后缘襟翼控制系统SysML模型，其中，所述块定义图包括控制单元ControlUnit和作动单元ActuatorUnit以及控制单元ControlUnit和作动单元ActuatorUnit之间的关系，所述内部块图表示所述控制单元ControlUnit和作动单元ActuatorUnit与液压HydraulicSystem、电源系统PowerSystem、前舱控制面板FCCB、后舱控制面板BCCB、左侧后缘襟翼WingFlapLeft和右侧后缘襟翼WingFlapRight的交互关系；

XMI导出步骤，在SysML软件中将飞机后缘襟翼控制系统SysML模型导出为XMI文件，所述XMI文件包含XML文件指令与文档内容；

飞机后缘襟翼控制系统AltaRica模型生成步骤，在RelLab软件中对XMI文件进行解析后基于XMI文件元素与AltaRica模型元素的转换规则生成飞机后缘襟翼控制系统AltaRica模型；

安全性和可靠性分析步骤，基于飞机后缘襟翼控制系统AltaRica模型进行飞机后缘襟翼控制系统的安全性和/或可靠性分析，获得关键设备清单和关键故障状态的失效概率。

更进一步地，所述XMI文件元素与AltaRica模型元素的转换规则为：XMI元素中的uml:Class、uml:Property-基本类型、uml:Property-自定类型、uml:Port实现类型中的事件、uml:Port请求类型中的事件、uml:Connector、uml:Interaction、uml:Lifeline和uml:Message分别转换为AltaRica模型元素中的模块-class、模块的状态变量、子模块、组件输入端口、组件输出端口、组件间的连线、序列图、序列图生命线和序列图时间线消息。

更进一步地，所述对XMI文件进行解析的操作为：

⑴.选定顶层模块，选择后缘襟翼控制系统FlapControlSystem的XMI元素uml:class；

⑵.获取基本类型属性，访问后缘襟翼控制系统FlapControlSystem的所有子元素<ownedAttribute xmi:type＝"uml:Property">，从中找出不含有type属性但是含有type子元素的那些元素，可得到所有基本类型属性；

⑶.获取自定类型的属性，访问后缘襟翼控制系统FlapControlSystem的所有子元素<ownedAttribute xmi:type＝"uml:Property">，从中找出不含有type子元素但是含有type属性的那些元素，得到所有自定类型的属性；

⑷.获取自定义操作：根据后缘襟翼控制系统FlapControlSystem名为brakeFlap的属性uml:Operation，访问后缘襟翼控制系统FlapControlSystem所有的子元素<ownedOperation xmi:type＝"uml:Operation">可获得FlapControlSystem的所有操作。

⑸.获取自定义事件，根据后缘襟翼控制系统FlapControlSystem名为reqProvidePressure的属性uml:Reception，访问后缘襟翼控制系统FlapControlSystem所有的子元素<ownedReception xmi:type＝"uml:Reception">可获得FlapControlSystem的所有事件。

⑹.获取继承接口所含的操作和事件：

①查找后缘襟翼控制系统FlapControlSystem的组件，可得知FlapControlSystem系统下包含有组件itsControlUnit；

②根据itsControlUnit的type属性值GUID+104058b3-6c36-471d-95a9-e34e865570e5，可得到组件类型为ControlUnit；

③进一步查找可知ControlUnit自身定义有12个操作、7个事件、6个端口，包含有6个子元素<interfaceRealization xmi:type＝"uml:InterfaceRealization">，可知ControlUnit还继承了6个接口，根据这些接口可找到ControlUnit继承的操作和实现事件；

④根据该接口实现的supplier属性值GUID+c96ef993-b328-4478-9490-ae5c7af030d8可找到其接口iPowerSystem_ControlUnit，该接口含有一个事件。

⑺.获取端口的接口类型与连接关系，根据名为pFCCB的端口uml:Port，可知其含有两个连接段：

①.获取端口的接口类型：

根据端口pFCCB的type属性在整个文件中查找属性xmi：id与此匹配的元素，可知该端口的类型名称为ContractClassOfpFCCB的uml:Class；

根据ContractClassOfpFCCB类型的clientDependency给出的两个接口在整个文件中查找属性xmi：id与此匹配的元素，得到名为iFCCB_ControlUnitRealization的uml:InterfaceRealization和名为iControlUnit_FCCBUsageForPortFlapControlSystem_pFCCB的uml:Usage，通过这两个元素获取端口的实现类型；

根据uml:InterfaceRealization类型的名为iFCCB_ControlUnitRealization的supplier属性给出的值，在整个文件中查找属性xmi：id与此匹配的元素，得到名为iFCCB_ControlUnit的uml:Interface，并且得知该接口包含一个名为reqReceive Command的事件uml:Reception获取端口的请求类型；

根据uml:Usage的iControlUnit_FCCBUsageForPort-FlapControlSystem_pFCCB的supplier属性给出的值，在整个文件中查找属性xmi：id与此匹配的元素，得到名为iControlUnit_FCCB的uml:Interface，并且得知该接口包含名为evReportLandingPosition、evReportTakeOffPosition、evReportRetractPosition的三个事件uml:Reception；

②.获取端口的连接关系：

根据端口pFCCB的end属性给出的两个值在整个文件中分别查找属性xmi：id与此匹配的元素，可得以下两个连接端点uml:ConnectorEnd，获得它们的父节点；

获取连接端点xmi:id属性为“_VkB08rq5EeeUF8TEHjFzDg”的父节点，得到名为connector_0的uml:Connector；根据该父节点connector_0所含的另一连接端点的partWithPort属性，可获得该连接端点位于为名为itsFCCB的uml:Property；根据itsFCCB的type属性可知该itsFCCB的类型为名为FCCB的uml:Class；

同样获取连接端点xmi:id属性为“_VkAmxLq5EeeUF8TEHjFzDg”的父节点，得到名为connector_2的uml:Connector；根据该父节点connector_2所含的另一连接端点的partWithPort属性，可获得该连接端点位于为名为itsControlUnit的uml:Property；根据itsControlUnit的type属性可知该itsControlUnit的类型为名为ControlUnit的uml:Class。

更进一步地，所述生成飞机后缘襟翼控制系统AltaRica模型包括生成后缘襟翼控制系统顶层模块，以及通过AltaRica模型元素系统之间的逻辑关系，生成表征组件层次结构、模型状态、模型端口与连接关系的后缘襟翼控制系统内部组成模型。

更进一步地，所述安全性和可靠性分析步骤包括：在RelLab或Simfia软件中对AltaRica模型中的最底层模块的内部状态变量类型、各模块的输入/输出端口类型、各模块输出端口与输入端口及内部状态之间逻辑关系、同层级模块之间的输入输出关系、下层级模块对上层级模块的逻辑关系进行设置，以分别表示最底层级模块自身状态、模块输入/输出的状态、模块输出状态判定逻辑、同层级模块之间状态传递关系、下层级模块向上层级模块的状态传递关系，构建故障在同层级模块之间、不同层级模块之间的传递关系，并生成对应的故障树，进行飞机后缘襟翼控制系统的安全性和/或可靠性分析，获得关键设备清单、关键故障状态的失效概率。

在飞机后缘襟翼控制系统设计时，先生成飞机后缘襟翼控制系统的SysML模型，再将该模型导出为XMI文件，对XMI文件进行解析生成飞机后缘襟翼控制系统AltaRica模型，实现了系统架构设计(SysML模型)与系统可靠性/安全性设计(AltaRica模型)同步开展、协调联动，通过将系统架构设计与可靠性/安全性分析相结合，得到可靠性/安全性设计需求，实现对系统架构设计的有效约束，破解长期以来困扰系统可靠性/安全性设计工作中存在的与系统架构设计脱节的问题，并可实现系统可靠性/安全性需求的高效管理、系统架构元素到FMEA(故障模式及影响分析)和FTA(故障树)的高效关联、系统可靠性/安全性分析的有效追溯，切实提高安全性/可靠性设计分析活动的效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请飞机后缘襟翼控制系统的设计方法的一个实施例的流程图。

图2是基于SysML的后缘襟翼控制系统块定义图。

图3是基于SysML的后缘襟翼控制系统内部块图。

图4是在AltaRica软件平台RelLab查找XMI架构信息的流程图。

图5a是在软件平台RelLab中选择XMI文件的界面图。

图5b是在软件平台RelLab中选择顶层模块的界面图。

图5c是在软件平台RelLab中导入模型的界面图。

图6是后缘襟翼控制系统顶层AltaRica模型。

图7是后缘襟翼控制系统内部组成AltaRica模型。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施案例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1示出了本申请飞机后缘襟翼控制系统的设计方法的流程图。本申请对此不做限定。下面详细介绍该流程的具体实施过程。

本发明的方法可以实现为一种软件，或软件插件，软件可以是独立运行的软件，软件插件的可以是集成到其他设计软件中实现该方法的相应功能。

如图1所示，该一种基于模型换换的飞机后缘襟翼控制系统的设计方法，该方法包括：

飞机后缘襟翼控制系统SysML模型建立步骤S101，在SysML软件中生成飞机后缘襟翼控制系统的块定义图如图2所示和内部块图如图3所示以建立飞机后缘襟翼控制系统SysML模型，其中，所述块定义图包括控制单元ControlUnit和作动单元ActuatorUnit以及控制单元ControlUnit和作动单元ActuatorUnit之间的关系，所述内部块图表示所述控制单元ControlUnit和作动单元ActuatorUnit与液压HydraulicSystem、电源系统PowerSystem、前舱控制面板FCCB、后舱控制面板BCCB、左侧后缘襟翼WingFlapLeft和右侧后缘襟翼WingFlapRight的交互关系。

SysML是一种面向对象的标准、通用图形化设计建模语言，在辨识复杂系统的结构组成、动态行为、功能性能和任务需求方面具有强大的模型描述能力，能够实现对包括硬件、软件、信息、过程、人员和设备的各种复杂系统进行规约、分析、设计验证和确认。作为系统工程领域标准建模语言，SysML与支持Rational Raphasody、Artisan Studio、MagicDraw、Topcased等系统工程领域主流的开发平台。本发明中是通过SysML生成飞机后缘襟翼控制系统的SysML模型。

XMI导出步骤S102，在SysML软件中将飞机后缘襟翼控制系统SysML模型导出为XMI文件，所述XMI文件包含XML文件指令与文档内容。XML文件指令为：由于XMI文件同时是一个XML文件，因此文件以XML指令开头，即<？xml version＝"1.0"encoding＝"UTF-8"？>。

XMI是一种使用可拓展标记语言XML(标准通用标记语言的子集)向用户提供元数据信息交互的标准方法。XMI对任意元数据集的描述进行有效地标准化，帮助支持系统建模语言UML/SysML及其它语言的开发工具交换数据模型信息及数据仓库信息。表1示出了SysML模型元素与XMI文件元素转换规则，该转换规则被嵌入在软件中，以实现自动转换。

表1

飞机后缘襟翼控制系统AltaRica模型生成步骤S103，在RelLab软件中对XMI文件进行解析后基于XMI文件元素与AltaRica模型元素的转换规则生成飞机后缘襟翼控制系统AltaRica模型。

AltaRica是一种形式化建模语言，以事件为中心，其语义为通过一些的变量来描述系统状态，当特定事件发生时，系统状态随之改变。由于该语言非常适用于检测和量化导致系统从正常状态到失效状态的事件集合，因此在系统的安全性和可靠性领域得到广泛应用，支持Simfia、Rellab等建模分析平台。本发明中就是将飞机后缘襟翼控制系统SysML模型转换成飞机后缘襟翼控制系统AltaRica模型。从而实现了系统架构设计SysML模型与系统可靠性/安全性设计AltaRica模型同步开展、协调联动，通过将系统架构设计与可靠性/安全性分析相结合，得到可靠性/安全性设计需求，实现对系统架构设计的有效约束，破解长期以来困扰系统可靠性/安全性设计工作中存在的与系统架构设计脱节的问题，这是本发明重要发明点之一。

安全性和可靠性分析步骤S104，基于飞机后缘襟翼控制系统AltaRica模型进行飞机后缘襟翼控制系统的安全性和/或可靠性分析，获得关键设备清单、关键故障状态的失效概率。

在一个实施例中，所述XMI文件元素与AltaRica模型元素的转换规则为：XMI元素中的uml:Class、uml:Property-基本类型、uml:Property-自定类型、uml:Port实现类型中的事件、uml:Port请求类型中的事件、uml:Connector、uml:Interaction、uml:Lifeline和uml:Message分别转换为AltaRica模型元素中的模块-class、模块的状态变量、子模块、组件输入端口、组件输出端口、组件间的连线、序列图、序列图生命线和序列图时间线消息。更为清晰的XMI文件元素与AltaRica模型元素转换规则参见表2，该转换规则被嵌入在软件中，以实现自动转换，图4示出了是在AltaRica软件平台RelLab查找XMI架构信息的流程图，即根据该流程将XMI文件元素转换为AltaRica模型元素，转换后的AltaRica模型元素构成AltaRica模型。

表2

在一个实施例中，对所述对XMI文件进行解析操作，这是生成为飞机后缘襟翼控制系统AltaRica模型的关键步骤，也是本发明的重要发明点之一，解析操作如下：

⑴.选定顶层模块，选择后缘襟翼控制系统FlapControlSystem的XMI元素uml:class。

⑵.获取基本类型属性，访问后缘襟翼控制系统FlapControlSystem的所有子元素<ownedAttribute xmi:type＝"uml:Property">，从中找出不含有type属性但是含有type子元素的那些元素，可得到所有基本类型属性；例如，根据FlapControlSystem名为BCCB的属性uml:Property，由于其不含有type属性但是含有type子元素，可知其类型为基本类型的属性，该属性类型为Boolean。

⑶.获取自定类型的属性，访问后缘襟翼控制系统FlapControlSystem的所有子元素<ownedAttribute xmi:type＝"uml:Property">，从中找出不含有type子元素但是含有type属性的那些元素，得到所有自定类型的属性；例如，根据FlapControlSystem名为itsActuatorUnit的属性uml:Property，由于其不含有type子元素但是含有type属性，且可知其类型为自定类型的属性；根据itsActuatorUnit属性的type属性，在整个文件中查找属性xmi：id与此匹配的元素，得到名为ActuatorUnit的uml:Class，可知其itsActuatorUnit的类型为ActuatorUnit；根据该类型定义可获得ActuatorUnit的属性、端口、方法、事件等。

⑷.获取自定义操作：根据后缘襟翼控制系统FlapControlSystem名为brakeFlap的属性uml:Operation，访问后缘襟翼控制系统FlapControlSystem所有的子元素<ownedOperation xmi:type＝"uml:Operation">可获得FlapControlSystem的所有操作。

⑸.获取自定义事件，根据后缘襟翼控制系统FlapControlSystem名为reqProvidePressure的属性uml:Reception，访问后缘襟翼控制系统FlapControlSystem所有的子元素<ownedReception xmi:type＝"uml:Reception">可获得FlapControlSystem的所有事件。

⑹.获取继承接口所含的操作和事件：

①查找后缘襟翼控制系统FlapControlSystem的组件，可得知FlapControlSystem系统下包含有组件itsControlUnit；

②根据itsControlUnit的type属性值GUID+104058b3-6c36-471d-95a9-e34e865570e5，可得到组件类型为ControlUnit；

③进一步查找可知ControlUnit自身定义有12个操作、7个事件、6个端口，包含有6个子元素<interfaceRealization xmi:type＝"uml:InterfaceRealization">，可知ControlUnit还继承了6个接口，根据这些接口可找到ControlUnit继承的操作和实现事件；

④根据该接口实现的supplier属性值GUID+c96ef993-b328-4478-9490-ae5c7af030d8可找到其接口iPowerSystem_ControlUnit，该接口含有一个事件。

⑺.获取端口的接口类型与连接关系，根据名为pFCCB的端口uml:Port，可知其含有两个连接段：

①.获取端口的接口类型：

根据端口pFCCB的type属性在整个文件中查找属性xmi：id与此匹配的元素，可知该端口的类型名称为ContractClassOfpFCCB的uml:Class；

根据ContractClassOfpFCCB类型的clientDependency给出的两个接口在整个文件中查找属性xmi：id与此匹配的元素，得到名为iFCCB_ControlUnitRealization的uml:InterfaceRealization和名为iControlUnit_FCCBUsageForPortFlapControlSystem_pFCCB的uml:Usage，通过这两个元素获取端口的实现类型；

根据uml:InterfaceRealization类型的名为iFCCB_ControlUnitRealization的supplier属性给出的值，在整个文件中查找属性xmi：id与此匹配的元素，得到名为iFCCB_ControlUnit的uml:Interface，并且得知该接口包含一个名为reqReceive Command的事件uml:Reception获取端口的请求类型；

根据uml:Usage的iControlUnit_FCCBUsageForPort-FlapControlSystem_pFCCB的supplier属性给出的值，在整个文件中查找属性xmi：id与此匹配的元素，得到名为iControlUnit_FCCB的uml:Interface，并且得知该接口包含名为evReportLandingPosition、evReportTakeOffPosition、evReportRetractPosition的三个事件uml:Reception；

②.获取端口的连接关系：

根据端口pFCCB的end属性给出的两个值在整个文件中分别查找属性xmi：id与此匹配的元素，可得以下两个连接端点uml:ConnectorEnd，获得它们的父节点；

获取连接端点xmi:id属性为“_VkB08rq5EeeUF8TEHjFzDg”的父节点，得到名为connector_0的uml:Connector；根据该父节点connector_0所含的另一连接端点的partWithPort属性，可获得该连接端点位于为名为itsFCCB的uml:Property；根据itsFCCB的type属性可知该itsFCCB的类型为名为FCCB的uml:Class；

同样获取连接端点xmi:id属性为“_VkAmxLq5EeeUF8TEHjFzDg”的父节点，得到名为connector_2的uml:Connector；根据该父节点connector_2所含的另一连接端点的partWithPort属性，可获得该连接端点位于为名为itsControlUnit的uml:Property；根据itsControlUnit的type属性可知该itsControlUnit的类型为名为ControlUnit的uml:Class。

图5a至图5c是在软件平台RelLab进行操作的截图，图5a是在软件平台RelLab中选择XMI文件的界面图，图5b是在软件平台RelLab中选择顶层模块的界面图，图5c是在软件平台RelLab中导入模型的界面图。

在一个实施例中，所述生成飞机后缘襟翼控制系统AltaRica模型包括生成后缘襟翼控制系统顶层模块，如图6所示，以及通过AltaRica模型元素系统之间的逻辑关系，生成表征组件层次结构、模型状态、模型端口与连接关系的后缘襟翼控制系统内部组成模型，如图7所示。

在一个实施例中，所述安全性和可靠性分析步骤S104包括：在RelLab或Simfia软件中对AltaRica模型中的最底层模块的内部状态变量类型、各模块的输入/输出端口类型、各模块输出端口与输入端口及内部状态之间逻辑关系、同层级模块之间的输入输出关系、下层级模块对上层级模块的逻辑关系进行设置，以分别表示最底层级模块自身状态、模块输入/输出的状态、模块输出状态判定逻辑、同层级模块之间状态传递关系、下层级模块向上层级模块的状态传递关系，构建故障在同层级模块之间、不同层级模块之间的传递关系，并生成对应的故障树，进行飞机后缘襟翼控制系统的安全性和/或可靠性分析，获得关键设备清单、关键故障状态的失效概率。通过该步骤可实现系统可靠性/安全性需求的高效管理、系统架构元素到FMEA故障模式及影响分析和FTA故障树的高效关联、系统可靠性/安全性分析的有效追溯，切实提高安全性/可靠性设计分析活动的效率。这是本发明的另一个重要发明点。

本本发明还提出了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序代码，当所述计算机程序代码被计算机执行时可执行前述的飞机后缘襟翼控制系统的设计方法。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的但不限于具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。