MBSE建模应用案例和实践经验：挖掘机倾覆解决方案（工业设备行业MBSE方法实践）

挖掘机本身是一个相对复杂的系统，在需求层面上，通过达索系统平台上的需求管理Dashboard来进行条目化、系统化和离散化的需求梳理。针对挖掘机在软土工况下大的作业范围需求需要，需要变更一系列相关需求条目。在本例中的需求变更来源于“CSR_026”中的“Stability Case Study”：

图2 需求管理

而在确定问题所在，并提出初步方案“增加智能稳定系统”后（这里具体方案确定的过程：工程师通过可视化的挖掘机全3D数字模型，比较配重部件不同的配置，了解它们的不同之处，提出几种配置方案可供选择，这几种方案有待后续仿真验证），就可以在需求层增加新的需求项“Improve stability”，为后续系统架构设计和详细设计提供依据：

图3 需求变更/添加

需求管理包括变更管理、跟踪和监控等，树状结构和条目化的需求管理形式使得变更的需求能够迅速被响应。

智能稳定系统是一个新增的系统，依据在前期需求层中确立的方案，在功能&逻辑层面继续细化。该子系统是在挖掘机项目中采用RFLP方法并行设计的。这意味着所有确保机器稳定性的强制性要求都已被分析、分组并与功能联系起来，以便在不考虑现有技术解决方案的情况下研究几种可能性。这种功能分析能够定义组成系统的部件的详尽列表。选择的技术解决方案在逻辑视图中进行了描述。

图4 需求层架构

 图5 功能层系统架构

   图6 逻辑层系统架构

图7 在DBM里设计和改进系统

逻辑层系统架构是由具体的物理部件搭建而成，可以进行仿真以展现系统的具体行为。在本例中对配重系统进行改进并进行行为仿真，来验证前期提出的几种方案。值得注意的是，挖掘机系统的每个部分都是一个智能系统，有自己的架构和组件。整个系统包含大量的的对象和链接。为了方便地在这种web spider中导航，RFLP组件之间的所有关系都是可视化的。单击几下就会显示规范完成并突出显示对象之间的现有链接。

根据系统复杂性的不同，可以使用系统架构的几种视图。例如，液压和电气原理图可以显示;硬件拓扑表示有助于定义要使用的最佳电子元件；软件架构可以可视化，以跟踪在循环中的硬件。

图8 电气原理图

需求、功能和逻辑之间的联系允许跟踪和证明系统符合所有要求的规范。然后，三维物理表示法是建立最佳系统的精确研究的结果。这里的物理设计就是前图所示的三维模型，其参数往往是和需求层以及逻辑层的数据一致的，保证数据源的统一性。

图9 电气三维设计图

现在验证移动配重是否足够稳定挖掘机。专业的仿真软件能够模拟机器在极端情况下的行为。前面的红色箭头代表由于桶的巨大负荷而产生的力，后面的箭头代表由于平衡力而产生的相反的力。通过虚拟验证，可移动配重保证了挖掘机的稳定性。

仿真验证是针对具体的物理系统行为进行的，比如车辆控制系统、传动系统等。同时仿真数据可以放到达索系统SPDM的数据管理平台，进行DOE优化实验，以权衡和比较不同方案的优劣，选择最佳方案。

在完成以上的需求变更、架构设计和仿真验证后，接下来进行的需求追溯和影响性分析，可以看到，不同的需求条目关联着不同的系统模型和逻辑行为，整个需求覆盖度较高，以及需求追溯性完整的时候，才能保证该研发产品的完整性。

图10  需求追溯

需求追溯是直观展现了众多复杂需求条目之间的关联性，识别无效或错误需求，分析需求覆盖率，完善整个研发流程。