The challenge of transitioning from temporary humanitarian settlements to more sustainable human settlements is due to a significant increase in the number of forcibly displaced people over recent decades, difficultie...The challenge of transitioning from temporary humanitarian settlements to more sustainable human settlements is due to a significant increase in the number of forcibly displaced people over recent decades, difficulties in providing social services that meet the required standards, and the prolongation of emergencies. Despite this challenging context, short-term considerations continue to guide their planning and management rather than more integrated, longer-term perspectives, thus preventing viable, sustainable development. Over the years, the design of humanitarian settlements has not been adapted to local contexts and perspectives, nor to the dynamics of urbanization and population growth and data. In addition, the current approach to temporary settlement harms the environment and can strain limited resources. Inefficient land use and ad hoc development models have compounded difficulties and generated new challenges. As a result, living conditions in settlements have deteriorated over the last few decades and continue to pose new challenges. The stakes are such that major shortcomings have emerged along the way, leading to disruption, budget overruns in a context marked by a steady decline in funding. However, some attempts have been made to shift towards more sustainable approaches, but these have mainly focused on vague, sector-oriented themes, failing to consider systematic and integration views. This study is a contribution in addressing these shortcomings by designing a model-driving solution, emphasizing an integrated system conceptualized as a system of systems. This paper proposes a new methodology for designing an integrated and sustainable human settlement model, based on Model-Based Systems Engineering and a Systems Modeling Language to provide valuable insights toward sustainable solutions for displaced populations aligning with the United Nations 2030 agenda for sustainable development.展开更多
电磁场有限元仿真软件在电磁设计和分析中至关重要。然而商业软件价格高昂且功能冗余,同时随着人工智能(AI)的发展,深度学习与传统数值模拟的结合提升了仿真精度和效率。为此,亟须开发自主可控、轻量化、面向企业定制的智能仿真软件。...电磁场有限元仿真软件在电磁设计和分析中至关重要。然而商业软件价格高昂且功能冗余,同时随着人工智能(AI)的发展,深度学习与传统数值模拟的结合提升了仿真精度和效率。为此,亟须开发自主可控、轻量化、面向企业定制的智能仿真软件。该文首先提出了双向耦合的设计方法,使仿真软件能适应复杂需求。然后,基于模型系统工程(MBSE)方法,建立四个层级的电磁场有限元仿真软件的架构设计流程,并完成软件的建模,实现了系统结构和行为的定义和可视化。最后,基于Python开发了集成AI的软件原型IFEM,并通过两个实际案例验证了其功能和准确性。研究成果提高了软件开发的质量、效率和知识传承能力,为数值模拟工业软件在AI for Science背景下的AI集成提供了有效思路。展开更多
在传统基于文本的危化品车辆监控预警系统设计开发过程中,存在设计过程缺失、表意不清、模块化和扩展性低、无法进行回溯与仿真验证等问题。为提高危化品车辆监控预警系统的设计质量和效率,在概念设计阶段引入基于模型的系统工程(model-...在传统基于文本的危化品车辆监控预警系统设计开发过程中,存在设计过程缺失、表意不清、模块化和扩展性低、无法进行回溯与仿真验证等问题。为提高危化品车辆监控预警系统的设计质量和效率,在概念设计阶段引入基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE),提出危化品车辆监控预警系统设计流程。该流程将交互关系和约束关系贯穿于各阶段中,以系统需求为核心,明确系统参数的构建步骤和脉络,建立涵盖行为、结构和参数的系统模型。经验证,该模型可实现“需求行为结构参数”4个维度的紧密结合,加强对危化品车辆的监控预警和对应急事件的准备。展开更多
针对民用直升机显控系统需求难以追溯、交互设计缺陷难以洞察以及早期系统设计验证难以实现等问题,提出基于MBSE(model-based system engineering)和VAPS的民用直升机显控系统设计与验证方法。捕获利益攸关者需求形成系统需求,将系统需...针对民用直升机显控系统需求难以追溯、交互设计缺陷难以洞察以及早期系统设计验证难以实现等问题,提出基于MBSE(model-based system engineering)和VAPS的民用直升机显控系统设计与验证方法。捕获利益攸关者需求形成系统需求,将系统需求分配给系统用例;构建黑盒活动图、顺序图自顶向下开展“需求–功能分析”描述显控系统级功能流,建立可运行的黑盒状态机验证功能逻辑设计的合理性;在黑盒功能架构的基础上进一步划分以构建显控系统架构,通过与飞行员交流迭代优化分配方案,将黑盒活动图中的活动分配到各显控子系统中实现功能向下传递,保证系统设计过程的连贯性。基于人机界面设计工具VAPS开发飞行员操作程序,验证了基于MBSE设计的显控系统需求、功能、逻辑的一致性和架构的合理性,实现了需求设计到验证的完全覆盖。展开更多
氢燃料电池已成为未来船用新型动力源的重要发展方向。然而,随着船舶动力系统复杂度快速攀升,传统以文档为核心的系统工程方法已难以满足混动系统快速迭代的研制需求。该文提出了基于模型系统工程(model-based systems engineering,MBSE...氢燃料电池已成为未来船用新型动力源的重要发展方向。然而,随着船舶动力系统复杂度快速攀升,传统以文档为核心的系统工程方法已难以满足混动系统快速迭代的研制需求。该文提出了基于模型系统工程(model-based systems engineering,MBSE)方法的氢燃料船混动系统设计验证方法:首先,基于SysML语言从船舶工程总体需求出发,按需求定义、功能分析、逻辑设计对系统的总体任务层、系统层和子系统层逐层分解建模;其次,通过对模型的集成仿真,验证其功能逻辑合理性;最后,搭建Simulink性能仿真模型,对氢燃料船混动系统的性能参数进行仿真计算。该文以氢燃料船混动系统为例,验证了设计验证流程的可行性,以及对于复杂系统设计迭代的有效性,为船舶领域MBSE方法应用提供参考。展开更多
为进一步提高载人航天器在轨物资补给任务的设计效率,同时更好地应对任务变更与调整,通过基于模型的系统工程(model based systems engineering,MBSE)方法,建立顶层任务、物资补给需求、航天器型谱运输能力、运输成本等多维度元素之间...为进一步提高载人航天器在轨物资补给任务的设计效率,同时更好地应对任务变更与调整,通过基于模型的系统工程(model based systems engineering,MBSE)方法,建立顶层任务、物资补给需求、航天器型谱运输能力、运输成本等多维度元素之间的关联,开展在轨物资补给任务设计的方法研究,引入运输成本指标进行多目标权衡,可快速得到既满足任务需求又经济的在轨物资补给任务安排方案。通过应用MBSE方法进行总体分析与设计,验证了基于模型的方式易于进行关联性和影响域分析,有效提升设计效率,为深空探测、航空等领域运输任务安排提供参考,为后续探索载人航天总体任务数字化设计奠定基础。展开更多
针对未来月球探测任务中探测器系统使用需求和综合设计难点,为有效解决各型探测器使用兼容、网络通联、维护保障等问题,以基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)正向设计为指导,结合互操作性设计思想,提出基于“场...针对未来月球探测任务中探测器系统使用需求和综合设计难点,为有效解决各型探测器使用兼容、网络通联、维护保障等问题,以基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)正向设计为指导,结合互操作性设计思想,提出基于“场景分析-需求分析-功能与架构分析-架构设计”的系统架构开发流程。以典型任务场景下探测器系统互操作能力需求为输入,构建关键功能约束下的系统用例、活动、时序、状态等视图模型,通过权衡分析,形成探测器最小单元物理架构,为多种构型探测器架构和功能配置设计提供可行性方法,提升系统开发和验证效率。展开更多
针对传统的高速铁路系统设计采用文本化的设计方式,存在设计信息不匹配、接口关系混乱、可读性差等问题,提出了一种基于模型的系统工程(MBSE,Model-Based Systems Engineering)的高速铁路系统集成方法,以系统工程思想为核心,实现了设计...针对传统的高速铁路系统设计采用文本化的设计方式,存在设计信息不匹配、接口关系混乱、可读性差等问题,提出了一种基于模型的系统工程(MBSE,Model-Based Systems Engineering)的高速铁路系统集成方法,以系统工程思想为核心,实现了设计方式由“基于文本”到“基于模型”的转变。以高速铁路客运运输场景设计为例,通过构建体系结构模型的方式进行了适用性分析。结果表明,采用该方法可开展高速铁路系统的需求分析、系统架构设计、接口关系描述及指标参数计算等工作,建立的体系结构模型直观展现了复杂高速铁路系统的各类设计信息,同时,由于体系结构模型及接口的唯一性和关联性,该方法实现了设计过程的可追溯,为高速铁路系统集成及正向设计提供了支撑。展开更多
文摘The challenge of transitioning from temporary humanitarian settlements to more sustainable human settlements is due to a significant increase in the number of forcibly displaced people over recent decades, difficulties in providing social services that meet the required standards, and the prolongation of emergencies. Despite this challenging context, short-term considerations continue to guide their planning and management rather than more integrated, longer-term perspectives, thus preventing viable, sustainable development. Over the years, the design of humanitarian settlements has not been adapted to local contexts and perspectives, nor to the dynamics of urbanization and population growth and data. In addition, the current approach to temporary settlement harms the environment and can strain limited resources. Inefficient land use and ad hoc development models have compounded difficulties and generated new challenges. As a result, living conditions in settlements have deteriorated over the last few decades and continue to pose new challenges. The stakes are such that major shortcomings have emerged along the way, leading to disruption, budget overruns in a context marked by a steady decline in funding. However, some attempts have been made to shift towards more sustainable approaches, but these have mainly focused on vague, sector-oriented themes, failing to consider systematic and integration views. This study is a contribution in addressing these shortcomings by designing a model-driving solution, emphasizing an integrated system conceptualized as a system of systems. This paper proposes a new methodology for designing an integrated and sustainable human settlement model, based on Model-Based Systems Engineering and a Systems Modeling Language to provide valuable insights toward sustainable solutions for displaced populations aligning with the United Nations 2030 agenda for sustainable development.
文摘电磁场有限元仿真软件在电磁设计和分析中至关重要。然而商业软件价格高昂且功能冗余,同时随着人工智能(AI)的发展,深度学习与传统数值模拟的结合提升了仿真精度和效率。为此,亟须开发自主可控、轻量化、面向企业定制的智能仿真软件。该文首先提出了双向耦合的设计方法,使仿真软件能适应复杂需求。然后,基于模型系统工程(MBSE)方法,建立四个层级的电磁场有限元仿真软件的架构设计流程,并完成软件的建模,实现了系统结构和行为的定义和可视化。最后,基于Python开发了集成AI的软件原型IFEM,并通过两个实际案例验证了其功能和准确性。研究成果提高了软件开发的质量、效率和知识传承能力,为数值模拟工业软件在AI for Science背景下的AI集成提供了有效思路。
文摘在传统基于文本的危化品车辆监控预警系统设计开发过程中,存在设计过程缺失、表意不清、模块化和扩展性低、无法进行回溯与仿真验证等问题。为提高危化品车辆监控预警系统的设计质量和效率,在概念设计阶段引入基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE),提出危化品车辆监控预警系统设计流程。该流程将交互关系和约束关系贯穿于各阶段中,以系统需求为核心,明确系统参数的构建步骤和脉络,建立涵盖行为、结构和参数的系统模型。经验证,该模型可实现“需求行为结构参数”4个维度的紧密结合,加强对危化品车辆的监控预警和对应急事件的准备。
文摘针对民用直升机显控系统需求难以追溯、交互设计缺陷难以洞察以及早期系统设计验证难以实现等问题,提出基于MBSE(model-based system engineering)和VAPS的民用直升机显控系统设计与验证方法。捕获利益攸关者需求形成系统需求,将系统需求分配给系统用例;构建黑盒活动图、顺序图自顶向下开展“需求–功能分析”描述显控系统级功能流,建立可运行的黑盒状态机验证功能逻辑设计的合理性;在黑盒功能架构的基础上进一步划分以构建显控系统架构,通过与飞行员交流迭代优化分配方案,将黑盒活动图中的活动分配到各显控子系统中实现功能向下传递,保证系统设计过程的连贯性。基于人机界面设计工具VAPS开发飞行员操作程序,验证了基于MBSE设计的显控系统需求、功能、逻辑的一致性和架构的合理性,实现了需求设计到验证的完全覆盖。
文摘氢燃料电池已成为未来船用新型动力源的重要发展方向。然而,随着船舶动力系统复杂度快速攀升,传统以文档为核心的系统工程方法已难以满足混动系统快速迭代的研制需求。该文提出了基于模型系统工程(model-based systems engineering,MBSE)方法的氢燃料船混动系统设计验证方法:首先,基于SysML语言从船舶工程总体需求出发,按需求定义、功能分析、逻辑设计对系统的总体任务层、系统层和子系统层逐层分解建模;其次,通过对模型的集成仿真,验证其功能逻辑合理性;最后,搭建Simulink性能仿真模型,对氢燃料船混动系统的性能参数进行仿真计算。该文以氢燃料船混动系统为例,验证了设计验证流程的可行性,以及对于复杂系统设计迭代的有效性,为船舶领域MBSE方法应用提供参考。
文摘为进一步提高载人航天器在轨物资补给任务的设计效率,同时更好地应对任务变更与调整,通过基于模型的系统工程(model based systems engineering,MBSE)方法,建立顶层任务、物资补给需求、航天器型谱运输能力、运输成本等多维度元素之间的关联,开展在轨物资补给任务设计的方法研究,引入运输成本指标进行多目标权衡,可快速得到既满足任务需求又经济的在轨物资补给任务安排方案。通过应用MBSE方法进行总体分析与设计,验证了基于模型的方式易于进行关联性和影响域分析,有效提升设计效率,为深空探测、航空等领域运输任务安排提供参考,为后续探索载人航天总体任务数字化设计奠定基础。
文摘针对未来月球探测任务中探测器系统使用需求和综合设计难点,为有效解决各型探测器使用兼容、网络通联、维护保障等问题,以基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)正向设计为指导,结合互操作性设计思想,提出基于“场景分析-需求分析-功能与架构分析-架构设计”的系统架构开发流程。以典型任务场景下探测器系统互操作能力需求为输入,构建关键功能约束下的系统用例、活动、时序、状态等视图模型,通过权衡分析,形成探测器最小单元物理架构,为多种构型探测器架构和功能配置设计提供可行性方法,提升系统开发和验证效率。
文摘针对传统的高速铁路系统设计采用文本化的设计方式,存在设计信息不匹配、接口关系混乱、可读性差等问题,提出了一种基于模型的系统工程(MBSE,Model-Based Systems Engineering)的高速铁路系统集成方法,以系统工程思想为核心,实现了设计方式由“基于文本”到“基于模型”的转变。以高速铁路客运运输场景设计为例,通过构建体系结构模型的方式进行了适用性分析。结果表明,采用该方法可开展高速铁路系统的需求分析、系统架构设计、接口关系描述及指标参数计算等工作,建立的体系结构模型直观展现了复杂高速铁路系统的各类设计信息,同时,由于体系结构模型及接口的唯一性和关联性,该方法实现了设计过程的可追溯,为高速铁路系统集成及正向设计提供了支撑。
