model based systems engineering for aircraft systems – mindset for change
DESCRIPTION
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 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/1.jpg)
Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change
Ingela Lind
19 oktober 2010
![Page 2: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/2.jpg)
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
![Page 3: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/3.jpg)
SYSTEMUTVECKLING
MBD, Model Based Development
Trender:
• Ökad andel modellering och simulering
• Fler använder modeller och simuleringsresultat
• Modellering sker tidigare
![Page 4: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/4.jpg)
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
![Page 5: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/5.jpg)
GRUNDFLYGPLANSYSTEM
BränslesystemLuftsystem
Elkraftsystem
LandställHydraulsystem
![Page 6: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/6.jpg)
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
![Page 7: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/7.jpg)
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?
![Page 8: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/8.jpg)
EN MODELLBASERAD UTVECKLINGSPROCESS
Flygprov
FörstaÅterkoppling Andra
återkopplingTredje
Återkoppling
Systemmodell av fysiska systemet
Inbyggd kodReglermodell
M
u y
M
u y
ProvriggSimulator
VISION
![Page 9: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/9.jpg)
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
•
![Page 10: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/10.jpg)
EN MODELLBASERAD UTVECKLINGSPROCESS
Reglermodell
• Fysiska begränsningar
• Reglermål
• Systemsäkerhet
• Dokument (genererade)
• Specifikation för inbyggd mjukvara
• Simulerbar beskrivning
![Page 11: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/11.jpg)
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
•
![Page 12: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/13.jpg)
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
![Page 14: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/14.jpg)
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
![Page 15: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/15.jpg)
LUFTSYSTEM (ECS)
Språk: ModelicaVerktyg: Dymola
![Page 16: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/16.jpg)
MODELLERAD REGLERLOGIK
Verktyg: Simulink, Stateflow
![Page 17: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/17.jpg)
![Page 18: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/18.jpg)
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…
![Page 19: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/19.jpg)
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)
.
![Page 20: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/20.jpg)
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
![Page 21: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/21.jpg)
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
![Page 22: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/22.jpg)
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
![Page 23: Model Based Systems Engineering for Aircraft Systems – Mindset for Change](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051215/56814bf4550346895db8e586/html5/thumbnails/23.jpg)
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