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基于UAF的月球探测工程设计与建模方法

李特 胡震宇 田少杰

李特, 胡震宇, 田少杰. 基于UAF的月球探测工程设计与建模方法[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0127
引用本文: 李特, 胡震宇, 田少杰. 基于UAF的月球探测工程设计与建模方法[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0127
LI Te, HU Zhenyu, TIAN Shaojie. Method of Design and Modeling for Lunar Exploration Engineering Based on UAF (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2025, 45(5): 1-13 doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0127
Citation: LI Te, HU Zhenyu, TIAN Shaojie. Method of Design and Modeling for Lunar Exploration Engineering Based on UAF (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2025, 45(5): 1-13 doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0127

基于UAF的月球探测工程设计与建模方法

doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0127 cstr: 32142.14.cjss.2024-0127
基金项目: 深空探测任务专项项目资助 (20221023)
详细信息
    作者简介:
    • 李特 男, 1987年5月出生于辽宁省本溪市, 现为深空探测实验室系统研究院工程师, 主要研究方向为深空探测工程总体技术研究、航天测控通信技术研究等. E-mail: dsel_lt@126.com
  • 中图分类号: V57

Method of Design and Modeling for Lunar Exploration Engineering Based on UAF

  • 摘要: 针对月球探测工程中大系统设计与接口验证难点, 为有效解决需求、功能和接口等先期验证问题, 本文将统一体系结构框架 (UAF) 进行适应性裁剪和组合, 并结合系统工程方法论正向设计思想, 提出了基于UAF的月球探测工程设计与建模方法. 围绕月球探测任务全生命周期中关键环节, 构建了涵盖战略、业务、资源三个视点下相关领域的视图模型体系, 并以此为核心框架开展建模分析. 通过需求追溯和逻辑仿真迭代验证, 可辨识模型行为逻辑和接口匹配等问题, 指导模型完成优化改进, 提升了设计与建模的合理性和有效性. 研究结果可为月球探测工程顶层设计提供可行性参考.

     

  • 图  1  基于UAF的正向设计与建模流程

    Figure  1.  Forward design and modeling process based on UAF

    图  2  战略流程

    Figure  2.  Strategic process view

    图  3  战略结构

    Figure  3.  Strategic structure view

    图  4  战略连通

    Figure  4.  Strategic connectivity view

    图  5  业务分类

    Figure  5.  Operational taxonomy view

    图  6  业务结构

    Figure  6.  Operational structure view

    图  7  业务流程

    Figure  7.  Operational process view

    图  8  业务序列

    Figure  8.  Operational sequence view

    图  9  业务状态

    Figure  9.  Operational state view

    图  10  资源分类

    Figure  10.  Resources taxonomy view

    图  11  资源结构

    Figure  11.  Resources structure view

    图  12  系统初始化资源流程

    Figure  12.  Resources process view of system initialization

    图  15  信息回传与分析资源流程

    Figure  15.  Resources process view of information transmission and analysis

    图  13  任务规划资源流程

    Figure  13.  Resources process view of mission planning

    图  14  任务执行资源流程

    Figure  14.  Resources process view of mission execution

    图  16  资源追溯

    Figure  16.  Resources traceability view

    图  17  资源流程模块定义

    Figure  17.  Block definition diagram of resources process view

    图  18  资源流程参数

    Figure  18.  Parametric diagram of resources process view

    图  19  资源流程图仿真分析

    Figure  19.  Simulation analysis of resources process view

    表  1  各阶段的视图定义

    Table  1.   View definition for each phase

    阶段 视图 定义与描述
    需求分析 战略流程(St-Pr) 为实现战略目标, 在任务全流程, 明确大系统应具备的顶层能力, 以及涉及的系统组织
    战略结构(St-Sr) 明确了顶层能力的组成、分解和层次结构
    战略连通(St-Cn) 明确了能力结构中相互依赖关系, 使能力分解合理化
    功能分析 业务分类(Op-Tx) 描述了支持能力实现的具体业务活动, 建立业务活动与主要执行者间的操作关系
    业务结构(Op-Sr) 描述了业务各节点之间的连接和信息交互关系
    业务流程(Op-Pr) 基于行为, 描述了业务活动执行的过程、输入输出和信息流
    业务序列(Op-Sq) 基于场景对业务交换的时序进行分析和事件跟踪, 描述了关键事件的时序操作
    业务状态(Op-St) 基于状态转换的过程, 描述了业务的状态、事件和操作
    架构分析 资源分类(Rs-Tx) 基于功能分析描述了资源的逻辑域解决方案
    架构设计 资源结构(Rs-Sr) 描述了资源接口和交互关系
    资源流程(Rs-Pr) 基于行为分解, 在资源视点下描述了业务活动执行的过程、输入输出和信息流
    资源追溯(Rs-Tr) 描述了资源到业务活动、资源到能力的追溯关系
    下载: 导出CSV

    表  2  关键活动参数设置

    Table  2.   Parameter settings of key action

    关键活动
    参数设置
    备注
    给各器上电供电功率≥1500 W太阳能、蓄电池
    月面各器分离释放重量≥200 kg各器重量
    器间通信通信码速率≥1.2 kbit·s–1UHF通信体制
    下载: 导出CSV
  • [1] 关锋, 葛平, 周国栋, 等. MBSE发展趋势与中国探月工程并行协同论证[J]. 空间科学学报, 2022, 42(2): 183-190 doi: 10.11728/cjss2022.02.210804082

    GUAN Feng, GE Ping, ZHOU Guodong, et al. Development trend of MBSE and investigation of concurrent collaborative demonstration for Chinese lunar exploration program[J]. Chinese Journal of Space Science, 2022, 42(2): 183-190 doi: 10.11728/cjss2022.02.210804082
    [2] 裴照宇, 刘继忠, 王倩, 等. 月球探测进展与国际月球科研站[J]. 科学通报, 2020, 65(24): 2577-2586 doi: 10.1360/TB-2020-0582

    PEI Zhaoyu, LIU Jizhong, WANG Qian, et al. Overview of lunar exploration and International Lunar Research Station[J]. Chinese Science Bulletin, 2020, 65(24): 2577-2586 doi: 10.1360/TB-2020-0582
    [3] 裴照宇, 康焱, 马继楠, 等. 基于模型的国际月球科研站协同论证方法[J]. 航空学报, 2022, 43(12): 226066

    PEI Zhaoyu, KANG Yan, MA Ji’nan, et al. Model-based collaborative demonstration method for International Lunar Research Station[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2022, 43(12): 226066
    [4] 关锋, 葛平, 邵艳利, 等. 基于MBSE的月球科研站任务分析[J]. 航空工程进展, 2023, 14(3): 84-99

    GUAN Feng, GE Ping, SHAO Yanli, et al. Mission analysis of lunar scientific research station based on MBSE[J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering, 2023, 14(3): 84-99
    [5] 郑朔昉, 何瑞恒, 任文明. 基于UAF建模的装备标准集生成技术研究[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(7): 1534-1541

    ZHENG Shuofang, HE Ruiheng, REN Wenming. Research on generating technology for equipment standard set based on UAF modeling[J]. Journal of System Simulation, 2021, 33(7): 1534-1541
    [6] 刘婧婷, 郭继坤. 基于UAF元模型的战区联合作战精确保障体系构建方法[J]. 系统工程与电子技术, 2020, 42(6): 1324-1331 doi: 10.3969/j.issn.1001-506X.2020.06.16

    LIU Jingting, GUO Jikun. Establishment of efficient support system for joint operations in theater command based on DMM of UAF[J]. Systems Engineering and Electronics, 2020, 42(6): 1324-1331 doi: 10.3969/j.issn.1001-506X.2020.06.16
    [7] 陆志沣, 何舒, 杜君南, 等. 基于UAF的航母编队防空反导作战体系结构建模[J]. 舰船电子工程, 2023, 43(11): 96-101 doi: 10.3969/j.issn.1672-9730.2023.11.019

    LU Zhifeng, HE Shu, DU Junnan, et al. Research on architecture modeling of air defense and anti-missile operation of aircraft carrier formation based on UAF[J]. Ship Electronic Engineering, 2023, 43(11): 96-101 doi: 10.3969/j.issn.1672-9730.2023.11.019
    [8] 苗学问, 董骁雄, 钱征文, 等. 基于DoDAF的航空装备智能保障系统体系结构建模[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46(2): 640-648

    MIAO Xuewen, DONG Xiaoxiong, QIAN Zhengwen, et al. Architecture modeling of aviation equipment intelligent support system based on DoDAF[J]. Systems Engineering and Electronics, 2024, 46(2): 640-648
    [9] 高悦, 茹乐, 迟文升, 等. 基于体系结构设计的空战系统任务元模型建模[J]. 系统工程与电子技术, 2021, 43(11): 3229-3238 doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2021.11.23

    GAO Yue, RU Le, CHI Wensheng, et al. Task meta-model modeling of air combat system based on system architecture design[J]. Systems Engineering and Electronics, 2021, 43(11): 3229-3238 doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2021.11.23
    [10] 王雨农, 毕文豪, 张安, 等. 基于DoDAF的民机MBSE研制方法[J]. 系统工程与电子技术, 2021, 43(12): 3579-3585 doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2021.12.20

    WANG Yunong, BI Wenhao, ZHANG An, et al. DoDAF-based civil aircraft MBSE development method[J]. Systems Engineering and Electronics, 2021, 43(12): 3579-3585 doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2021.12.20
    [11] 焦洪臣, 雷勇, 张宏宇, 等. 基于MBSE的航天器系统建模分析与设计研制方法探索[J]. 系统工程与电子技术, 2021, 43(9): 2516-2525 doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2021.09.19

    JIAO Hongchen, LEI Yong, ZHANG Hongyu, et al. Research on modeling and design method of spacecraft system based on MBSE[J]. Systems Engineering and Electronics, 2021, 43(9): 2516-2525 doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2021.09.19
    [12] 黄冉, 武新峰, 崔桂玲, 等. 基于UAF的载人航天体系框架设计与建模[J]. 载人航天, 2023, 29(6): 711-719 doi: 10.3969/j.issn.1674-5825.2023.06.001

    HUANG Ran, WU Xinfeng, CUI Guiling, et al. Architecture design and modeling of manned space mission based on UAF[J]. Manned Spaceflight, 2023, 29(6): 711-719 doi: 10.3969/j.issn.1674-5825.2023.06.001
    [13] 赵毓, 王慎泉, 王平, 等. 载人月球探测混合云架构体系仿真系统研究[J]. 宇航学报, 2024, 45(1): 21-34 doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2024.01.003

    ZHAO Yu, WANG Shenquan, WANG Ping, et al. Research on the hybrid cloud architecture simulation system for manned lunar exploration systems[J]. Journal of Astronautics, 2024, 45(1): 21-34 doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2024.01.003
    [14] ABHAYA L. UAF (Unified Architecture Framework) Based MBSE (UBM) method to build a system of systems model[J]. INCOSE International Symposium, 2021, 31(1): 227-241 doi: 10.1002/j.2334-5837.2021.00835.x
    [15] TORKJAZI M, RAZ A K. A taxonomy for system of autonomous systems[C]//2022 17th Annual System of Systems Engineering Conference (SOSE). Rochester: IEEE, 2022: 198-203
    [16] BANKAUSKAITE J, MORKEVICIUS A. Towards an automated UAF-based trade study process for system of systems architecture[J]. INCOSE International Symposium, 2020, 30(1): 391-405 doi: 10.1002/j.2334-5837.2020.00729.x
    [17] MARTIN J N, O’NEIL D P. Enterprise architecture guide for the Unified Architecture Framework (UAF)[J]. INCOSE International Symposium, 2021, 31(1): 242-263 doi: 10.1002/j.2334-5837.2021.00836.x
    [18] HAUSE M, KIHLSTRÖM L O. An elaboration of service views within the UAF[J]. INCOSE International Symposium, 2021, 31(1): 728-742 doi: 10.1002/j.2334-5837.2021.00865.x
    [19] EICHMANN O C, MELZER S, GOD R. Model-based development of a system of systems using Unified Architecture Framework (UAF): a case study[C]//2019 IEEE International Systems Conference (SysCon). Orlando, FL, USA: IEEE, 2019: 1-8
    [20] BOGGERO L, CIAMPA P D, NAGEL B. An MBSE architectural framework for the agile definition of complex system architectures[C]//AIAA Aviation 2022 Forum, Chicago, USA: AIAA, 2022
    [21] GRANDE M L, PATEL A S, DURBIN L D, et al. Modeling architectures and parameterization for spacecraft[C]//AIAA Scitech 2020 Forum. Orlando, USA: AIAA, 2020
    [22] WATSON-MORGAN L, HAWKINS L, JACOBS B, et al. NASA’s Artemis human landing systems[C]//2022 IEEE Aerospace Conference. Big Sky: IEEE, 2022: 1-7
    [23] FOUSTJ. Gateway or bust: NASA’s plan for a 2024 lunar landing depends on a much-criticized orbital outpost[J]. IEEE Spectrum, 2019, 56(7): 32-37 doi: 10.1109/MSPEC.2019.8747310
    [24] FAKIH M, KLEMP O, PUCH S, et al. A modeling methodology for collaborative evaluation of future automotive innovations[J]. Software and Systems Modeling, 2021, 20(5): 1587-1608 doi: 10.1007/s10270-021-00864-3
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-10-12
  • 修回日期:  2025-03-24
  • 网络出版日期:  2025-03-25

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