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MBSE框架下高速铁路系统建模方法研究

重大铁路项目；高速铁路系统；系统建模；指标分解；模型化

智能系统工程 > 4. 复杂系统建模与仿真

    高速铁路持续提速以及高原铁路建设工程等顶层需求不断提升，如何在已有经验的基础上，通过知识重用和快速改进，更好的适应顶层需求变更并准确识别系统要素间耦合关系成为了研究难点。基于模型的系统工程技术（MBSE）打破了以往使用自然语言对顶层需求、系统方案描述的壁垒，使用前后一致的建模方法构建高速铁路系统模型，方便了各部门、各专业人员针对统一的系统模型进行分析和优化。

    针对高速铁路系统的层次关系，设计提出一种新的MBSE方法。构建了能够反映高速铁路系统特性的体系-系统-专业系统-技术单元和需求-结构-行为-参数构成的4×4层次框架。需求维度分别分析重大铁路规划论证项目任务总体、系统方案设计、专业系统方案设计以及方案实现等阶段过程需求确认及要求建立工作；结构维度分别分析体系能力、系统架构、专业系统架构以及技术单元架构设计过程工作；行为维度分别开展体系能力场景、系统活动、专业系统活动以及技术单元活动分析过程；参数维度分别开展能力清单、系统功能、专业系统功能以及技术单元功能分析，将指标分解与分配体现于建模过程中。以高速铁路系统的客运场景为例，通过系统建模论证了该方法的可行性。采用系统建模语言（SysML）的模块定义图和内部模块图等建立了高速铁路系统需求、结构维度模型，采用活动图、状态图等建立了针对客运场景的高速铁路系统行为模型。在系统需求、结构、行为模型的基础上，通过分析系统接口和状态改变的参数耦合关系，结合关联约束与系统属性等，提出系统能力指标映射模型。以高速铁路系统追踪间隔时间为例，论证指标分解与分配过程的合理性和完整性，并进行了指标影响关系仿真分析，探究指标作用机理。

    结果表明，基于模型的高速铁路系统建模方法可指导重大铁路项目设计分析，有效地开发高速铁路系统模型，并准确描述铁路系统的结构和行为。基于模型的指标分解与分配技术能够帮助高速铁路系统多技术方案架构的权衡和比较。高速铁路系统建模方法能够更好承接专业系统数字化设计，为数据驱动的多专业协同发展奠定模型化基础。