Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change
description
Transcript of Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change
Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change
Ingela Lind
19 oktober 2010
Varför använder grundflygplansystem modellering och desktop simulering?
Omfattande riskreducering i projekt• Hittar fel tidigt i utvecklingsprocessen
• Utrustning kan simuleras I systemet innan beställning
• Mjukvara får bättre specifikation (även om den inte simuleras)
• Bättre förståelse för systemen – problem kan analyseras
• Få underleverantörer simulerar
Kvalificering av flygplan kan utföras• Simuleringar kompletterar flygprov som inte når provmålen
• Ersätter farliga flygprov
Kostnadsbesparingar för prov• Färre rigg- och flygprov
• Mindre omdesign av provflygplan och riggar
SYSTEMUTVECKLING
MBD, Model Based Development
Trender:
• Ökad andel modellering och simulering
• Fler använder modeller och simuleringsresultat
• Modellering sker tidigare
Mindset for Change
Finns det mätetal?
Identifiera svaga punkter i nuvarande utvecklingsprocess. Exempel: Förmåga att planera och schemalägga, kvalitet, ”time to market”, produktivitet, spårbarhet, konfigurationsstyrning, återanvändbarhet, dokumenteringsrutiner, validering och verifiering
Det måste finnas minst två syften att använda MBSE. Exempel: validera krav genom simulering, automatiskt generera dokumentation, utveckla styralgoritmer, generera kod för produktion
Modellen är ensam informationsbärare.
Använd övergången till MBSE som källa till lärande. Svagheter/styrkor i organisationen, utmaningar, nyckelkompetenser, effektiva punkter
Integrera utvecklingsprocessen
Se utvecklingen på lång sikt. Börja med svaga punkter och nya produkter
GRUNDFLYGPLANSYSTEM
BränslesystemLuftsystem
Elkraftsystem
LandställHydraulsystem
SYSTEMÖVERSIKT
Utrustning
ECU / Inbyggd mjukvara
TaskTaskTaskTaskTask
Omgivning
Komplett systemmodell
En typisk modell över ett system som t ex bränslesystem kan delas upp i tre modellkategorier
VISION
.
PådragEfterfrågad
kylkapacitet
Kyld luft Bleedluft
Bränsle
Trycksättning
Exempel:
Många och komplexa kopplingar mellan olika systems uppstartsförlopp och deras systemkontroll (SK).
Idag svårt att förutse innan provning i flygplan.
Har larmgränser satts korrekt med tanke på systemens normala uppstartsförlopp (långsam tryckuppbyggnad och temperaturinsvängning) och ordningen på SK för olika system?
Kan alla normala uppstarter göras, t ex på solig, varm platta, med liten bränslemängd, vid extrem kyla, omstart?
EN MODELLBASERAD UTVECKLINGSPROCESS
Flygprov
FörstaÅterkoppling Andra
återkopplingTredje
Återkoppling
Systemmodell av fysiska systemet
Inbyggd kodReglermodell
M
u y
M
u y
ProvriggSimulator
VISION
EN MODELLBASERAD UTVECKLINGSPROCESS• Data från underleverantörer
• Fysiska lagar och grundläggande relationer
• Bänkprov
• Tidigare erfarenhet
• Geometriska data / CFD analys
Systemmodell av fysiska systemet
M
u y
M
u y • Första konceptvalidering
• Dimensionering
• Känslighetsanalys
• Prestandauppskattning
•
EN MODELLBASERAD UTVECKLINGSPROCESS
Reglermodell
• Fysiska begränsningar
• Reglermål
• Systemsäkerhet
• Dokument (genererade)
• Specifikation för inbyggd mjukvara
• Simulerbar beskrivning
EN MODELLBASERAD UTVECKLINGSPROCESS
FörstaÅterkoppling
Reglermodell
M
u y
M
u y
Systemmodell av fysiska systemet
• Snabb prototyputveckling både för fysiska delen av systemet och regleringen
• Stöd för systemsäkerhetsarbete
• Hjälp att ta fram statiska och utmattningslaster
• Prestandautvärdering
• Detaljerad design
•
EN MODELLBASERAD UTVECKLINGSPROCESS
M
u y
M
u y
• Systemvalidering
• Ökad konfidens i modeller och simuleringsresultat
• Kunna särskilja trovärdiga resultat från osäkra
• Komplementerande fysiska och virtuella prov ger billigare och säkrare systemverifiering
MYSIM
SYSIM
tränings-
simulatorer
provledareutvecklare
pilotertekniker
CAD-ingenjör
systemingenjör
apparatingenjör
realtids-
modell
specifikation
mjukvara
specifikation
apparater
specifikation
flygprov
specifikation
riggprov
riggprov flygprov
inbyggd
kod
SYSTEM-
MODELL
skrov &
installation
laster &
hållfasthet
provingenjörer
mjukvaruingenjör
systemintegratör
beräkningsingenjör
simulatorutvecklare
systemsimuleringsingenjör
systemsäkerhetsingenjör
VERKTYGSVAL
KRAV
långsiktighet
användarvänlighet
skalbarhet
anpassning till utvecklingsprocessen
synliggöra ekvationerna som används
flexibla modeller (map syfte)
versionskontroll
robust
FÄLLOR
kodgeneratorer
plattformsberoende
licensavtal + jurister
många projekt drar nytta av resultatet ingen vill betala
LUFTSYSTEM (ECS)
Språk: ModelicaVerktyg: Dymola
MODELLERAD REGLERLOGIK
Verktyg: Simulink, Stateflow
Vad är en systemmodell?
Modellen är i 1D och byggd av komponentmodeller
Varje komponentmodell beskriver en komponent av systemet:
• ventil,
• pump,
• rör,
• sensor,
• värmeväxlare,
• RAMMkanal,
• vattenseparator,
• reservoar,
• kablage...
Fundamentala fysikaliska ekvationer i varje komponentmodell:
•jämviktsekvationer
•kontinuitetsekvationer
•gaslagen
•friktionsförlustekvationer
•Ohms lag…
Typiska tillstånd:
•tryck,
•temperatur,
•flöde,
•fukthalt,
•spänning,
•ström…
Modellera ett rör – olika modelleringsnivåer
qKc
t
q
V m
q1 q2
t
q
63%
t = C/Kc
Kc Kc
Statiskt: Resistans q = Kc (p1-p2)0.5
t
p1 p2
Dynamiskt: Distribuerad volym (1-D CFD)Resistans + massans bevarande + rörelsemängdens bevarande + energins bevarande
Öka
nd
e n
og
gra
nn
het
och
ban
db
red
d
Inklusive temperatur
V
q
tDynamiskt: Lumpat rör
V m V m V m V m
p1 p2 Statiskt:q1=q2 and p1=p2
q1q2
Dynamiskt: Lumpad volym: Kapacitans med/utan resistansC= V/β = (q1-q2) / p (massans bevarande)
.
Dynamiskt: Lumpad volym och massa med/utan resistansResistans +Kapacitans + Induktans (L)L = (ρ*V) / A2 = (p1-p2) / q (rörelsemängdens bevarande)
.
Signalbaserad modellering (Simulink, MatrixX, etc) – systemekvationer
Signalbaserad eller power port strategi
p VolymDiff ekv
Ventil Alg ekv
q00 q1p1 q2p2
q0 q1
p1
p2
Volym Ventil
Power port modellering (EASY5, HOPSAN, Dymola, etc) – systemscheman.
• Naturlig objektorientering.
• Ingen fixerad kausalitet
• Många fysiska signaler överförda i varje linje
q2
p0
Parameterosäkerhet ventilarea, tryckfallskoefficient…
Modellstrukturosäkerhetmodelleringsnivå, okända faktorer
Hur påverkas simuleringsresultat?valideringsmetodik i komplexa olinjära modeller
Kan man rikta prov till det som ger mest nytta för minskning av risker (säkerhet, projekt, …)?
BESKRIVA MODELLOSÄKERHET
brist på information
statistiska variationer
HELHETSBILD
Fortsätta bygga helhetsbilden av en modellbaserad utvecklingsprocess
Identifiera och åtgärda brister – ge sammanhängande metodik
Stötta utvecklingen mot fler användare – identifiera aktörer och deras behov
M
u y
M
u y
KOMPETENSSPRIDNINGInformationsspridning• MBSE-kurser för systemingenjörer (basnivå)
• MBSE-forum för OTTODG / OTTOFG / OTTODYM
• konferensbidrag
• seminarier efter konferenser
Daglig problemlösning i gruppen• Scrum-team aktuella problem och lösningar tas upp flera gånger i veckan
• ”vi hjälper varann”-anda
• ”extreme programming” – parprogrammering används vid extra besvärliga eller helt nya typer av problem
Forskning och metodikutveckling• förstudier / lärling / engineering portal-sidor för ny metodik
• OTTODG ofta ”först ut” i projekt pga långa ledtider påverkar dokumenterad metodik, t ex för GripenCore
• forskningsprojekt, t ex Crescendo, NFFP, CleanSky, med syfte att lära och sprida kunskap
• industrihandledare för doktorander
• dialog med verktygsleverantörer