MBSE（基于模型的系統(tǒng)工程）通常被用來進(jìn)行復(fù)雜大系統(tǒng)設(shè)計(jì)。法國(guó)貢比涅大學(xué)的科學(xué)家舉重若輕，用最新的DEPS方法，以活動(dòng)和人為中心完成基于系統(tǒng)方法的鋰電池設(shè)計(jì)。

本文提出了一種在系統(tǒng)工程框架內(nèi)對(duì)復(fù)雜物理系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)的方法。這種方法以預(yù)設(shè)計(jì)任務(wù)中涉及的活動(dòng)和參與者為中心。它側(cè)重于使用DEPS（DEsign Problem Specification）對(duì)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行建模，這是一種在工程中指定和建模設(shè)計(jì)問題的最新形式。這種設(shè)計(jì)方法完善了基于仿真的分析方法，這些方法目前主要用于物理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

特別是該方法允許綜合預(yù)設(shè)計(jì)架構(gòu)，這是分析/仿真方法無法做到的。從需求的文本規(guī)范開始，所提出的方法構(gòu)建了設(shè)計(jì)問題的形式模型，并使用約束規(guī)劃對(duì)其進(jìn)行了解決。討論了與這種方法相關(guān)的思想和概念：?jiǎn)栴}模型的可重用性問題，問題的概念，知識(shí)和解決方案空間以及需求的正式規(guī)范以及區(qū)分設(shè)計(jì)問題模型和設(shè)計(jì)系統(tǒng)模型的所有其他內(nèi)容。電動(dòng)汽車鋰離子電池設(shè)計(jì)示例作為本文的實(shí)際用例。

結(jié)論

本文的目的有兩個(gè)。首先，它提出了一種通過基于綜合過程的基于模型的方法預(yù)先設(shè)計(jì)物理系統(tǒng)的方法。這項(xiàng)工作的主要目標(biāo)之一是提出一種方法和框架，專門針對(duì)面臨具體和復(fù)雜設(shè)計(jì)問題的工業(yè)設(shè)計(jì)師。在這種情況下，所接受的愿景同時(shí)是建設(shè)性的、歸納的和可升級(jí)的。這種方法的一個(gè)關(guān)鍵方面是鼓勵(lì)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)問題的形式化，以適應(yīng)不同利益相關(guān)者（客戶、設(shè)計(jì)師、專家、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人）的觀點(diǎn)。該方法基于問題規(guī)范語言DEPS及其建模/求解集成環(huán)境DEPS Studio。DEPS語言利用了面向?qū)ο笳Z言的許多優(yōu)點(diǎn)（可重用性，分解，泛化/專用化，繼承），解析步驟使用約束規(guī)劃。一旦我們?cè)O(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)（功能和/或結(jié)構(gòu)上），并且我們能夠建立一組設(shè)計(jì)屬性，如方程、代數(shù)和/或邏輯不等式，這種方法是可取的。這不符合純粹創(chuàng)新或創(chuàng)造力的目的。

其次，該方法在基于電動(dòng)汽車鋰離子電池設(shè)計(jì)的用例中進(jìn)行了說明。這個(gè)例子證明了這種方法的相關(guān)性和有效性。很明顯，與任何新方法一樣，學(xué)習(xí)語言和計(jì)算機(jī)工具的階段是必要的，對(duì)于已經(jīng)熟悉面向?qū)ο蠼５挠脩魜碚f，這將更容易。然而，作為工業(yè)/學(xué)術(shù)伙伴關(guān)系的結(jié)果，已經(jīng)做出了特別的努力，以便工業(yè)設(shè)計(jì)部門的專家可以使用形式主義和語言。通過這種方式，我們鼓勵(lì)有興趣的人根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需求對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，并幫助我們改進(jìn)當(dāng)前版本（更多信息可在 DEPS 協(xié)會(huì)網(wǎng)站DEPS （2020）上找到）。與任何面向?qū)ο蠡蚧谀K的語言一樣，DEPS中內(nèi)置的模型可以重用于不同或更復(fù)雜的設(shè)計(jì)問題（例如，用于用例或不同需求的完整工具）。目前，作者正在努力擴(kuò)展電池示例以考慮環(huán)境限制，并將電池集成到更大的設(shè)計(jì)問題中，即電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車。用例的分辨率表明約束規(guī)劃非常適合，因?yàn)榻鉀Q時(shí)間仍然非常短。然而，整體設(shè)計(jì)時(shí)間不限于解決時(shí)間，它還必須包括指定需求和對(duì)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行建模所花費(fèi)的時(shí)間。這些擴(kuò)展的目標(biāo)之一是評(píng)估是否確實(shí)可以通過利用我們的設(shè)計(jì)方法提供的模型的可重用性和DEPS語言的使用來節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間。

DEPS語言是最新的，因此在不斷發(fā)展。自第一個(gè)版本以來，添加了新功能，將來應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)一些功能。例如，本文中討論的用例使用其處理目錄約束和混合變量的能力。本文側(cè)重于物理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，但其他論文也討論了嵌入式系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，這使得可以考慮使用它來設(shè)計(jì)信息物理系統(tǒng)或產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)。在未來的工作中，我們還計(jì)劃將合成過程生成的解決方案連接到Modelica仿真中。

審核編輯：劉清