Подходы системной инженерии MBSE (MCSE, MDSE) – Model Based System Engineering – моделе- ориентированная системная инженерия А. Просвирнов, Ц.720 ОАО ВНИИАЭС

HLA – high level architecture - высокоуровневая архитектура ESS – Enhanced Security System – Расширенная система безопасности MBSE (MCSE, MDSE) – Model Based System Engineering – моделе-ориентированная системная инженерия MDA – Model Driven Architecture - – моделе- ориентированная архитектура MOF – Meta Object Facility OMG – Object Management Group – группа объектного управления – объединение стандартизации моделирования процессов (UML, SysML – языки моделирования)

Основание СИ Исторически системная инженерия выросла из практического опыта –Он нуждался в теоретическом фундаменте в качестве новой ветки инжиниринга Несколько новых тем были внедрены: –Ontology (Онтология): Можете ли вы организовать полное описание того, что СИ включает? –Mathematical characterization (Математическая характеристика): Можете вы знать, например, когда анализы СИ завершатся? –Epistemology (эпистемология-основание знаний): Как инженеры знают что- то хорошо достаточное, чтобы действовать в соответствии с этим?

Применение СИ –Философский вопрос: Мы строим системы, которые поддерживают предприятие или мы строим само предприятие Manhattan Project engineering dilemma: Мы можем это сделать, но должны ли?

Процессы и моделе-ориентированная СИ Soft Systems Engineering ( ПО по СИ ) – помогает проанализировать сложности коммуникаций и взаимодействия (следовательно инструмент для инжиниринга предприятий, роль человека в СИ) MBSE - помогает управлять и представлять то, что проанализировано и разработано с помощью СИ

Standards INCOSE не пишет стандарты. Члены ассоциации активно участвуют (взаимодействуют) с теми, кто пишет стандарты. Systems engineering grew up from a collective set of lessons learned and best practicesan inductive formulation of concepts

Реализация СИ - инструменты и пакеты Lots of SE Tools –Trade show floor: A good chance to chat and provide feedback –Tool Challenge: See what the tools can do and who understands a SE problem Not much about frameworks this year (DoDAF, Zachman, MoDAF, etc.)

8

Управление ходом проектирования и контроль Требования акционеров Технические системные требования Логическое представление решения Производные технические требования Физическое представление решения Конструктивное решение Определенные требования Установленные требования Обрисовка Присвоение Приводит к ПрисвоениеИсточник для Обусловлено Становятся Трассировка Контроль управления ходом проектирован ия Анализ требован ий Функцио- нальный анализ Синтез (дизайн) Верифика- ция и подтверж- дение

SEMP - План управления СИ System Life Cycle Strategy - Стратегия жизненного цикла системы (Solution Решения & Scope Границы) Development Scope and Strategy – разработка границ и решений Development Cycle and Phases Reviews - Разработка отчета по циклам и стадиям Size estimates Оценка размеров WBS – структура работ OBS and Team Management – оргструктура и команда управления Schedule - график

INCOSE Singapore 2009 Планы интеграции, верификации и валидации IVVQCA (and Test) Strategy стратегия верификации IVVQCA enabling systems needs – потребности эффективныхсистем IVVQCA tests specification – спецификации проверок IVVQCA tests procedures процедуры тестирования SE involvement beyond delivery - привлечение СИ за пределами поставки IVVQCA tests progress – проведение тестирования Defects management – управление дефектами

INCOSE Singapore 2009 Отчеты системной инженерии SDR - System Design Review - Обзор (отчет) по проекту системы OR - Orientation Review – координационный отчет SRR - System Requirement Review - отчет по системе требований PDR - (Components) Preliminary Design Review - предварительный проект CDR - (Components) Critical Design Review – отчет критической оценки проекта TRR - Test Readiness Review – отчет о готовности к испытаниям QR - Qualification Review - Отчет по квалификации PRR - Production Readiness Review - отчет о готовности к производству SIR - System In-Service Review - отчет повышения квалификации системы STR - System Transfert-to-Support Review – отчет о передаче системы на тех-поддержу

Past SE Practices for Describing Systems (H01) Specifications Interface requirements System design Analysis & Trade-off Test plans Future Moving from Document centric to Model centric 4/01/20096

Shared understanding of system requirements and design Валидация требований Общий базис для анализов и проекта Облегчает идентификацию риска Помогает в управлении разработкой сложных систем Разделение Separation of concerns via multiple views of integrated model Поддержка трассируемости через иерархические модели системы Облегчает влияние анализов требований и изменений проекта Supports incremental development & evolutionary acquisition (поэтапное совершенствование системы) Improved design quality Reduced errors and ambiguity More complete representation Supports early and on-going verification & validation to reduce risk Provides value through life cycle (e.g., training) Enhances knowledge capture Model Based Systems Engineering Benefits

Modeling at Multiple Levels of the System 10

Функциональный анализ F Имитационное моделирование Управление требованиями R Анализ и контроль Проектирование архитектуры L Процессы коллективной работы и оперативный контроль целостности модели 28 Конфиденциальная информация Совместное проектирование систем

Systems Engineering Standards Framework (Partial List) Process Standards Architecture Frameworks Modeling Method s Modeling & Simulation Standards Interchange & Metamodeling Standards 4/01/

Package Diagram Organizing the Model pkg SampleModel [by diagram type] ^ By Diagram TypeBy HierarchyBy IPT. 21

Behavioral Diagrams 4/01/2009 Copyright © 2006^09 b^^ject ^nagement Group. 35

System Development Process Stakeholder Reqts Integrated Product Development (IPD) is essential to improve communications A Recursive V process that can be applied to multiple levels of the system hierarchy System

System Modeling Activities – OOSEM Integrating MBSE into the SE Process Analyze Needs Causal analysis Mission use cases/scenarios Enterprise model Major SE Development Activities Define System Requirements System use cases/scenarios Elaborated context Optimize &Evaluate Alternatives Manage Requirements Parametric Diag Trade study Reqt's Diagram & tables Validate & Verify System Define Logical Architecture Test system Test cases Logical decomposition Logical scenarios Logical subsystems Synthesize Allocated Architecture Node diagram HW, SW, Data arch System deployment Common Subactivities 101

Динамическое поведение системы Мульти-физическое моделирование Преимущества Скорости разработки за счет использования готовых и отлаженных библиотек компонентов Масштабируемое решение на основе мощного символьного решателя Гибридное моделирование Открытый язык моделирования: MODELICA Управление(Вход- выход..) Пример: модель автомобиля Горение Гидравлика Трансмиссия механика передач Динамика двигателя(3D механика) courtesy Modelon AB Кондиционер (Теплофизика) courtesy Modelon AB электроника электропривод Вызовы Отсутствие моделирования поведения системы Нельзя использовать готовые модели поведения 22

Динамическое поведение системы Мульти-физическое моделирование Преимущества Скорости разработки за счет использования готовых и отлаженных библиотек компонентов Масштабируемое решение на основе мощного символьного решателя Гибридное моделирование Открытый язык моделирования: MODELICA Возможности Поддержка Modelica 3.0 Интеграция в функциональный/логический редактор Поддержка задач моделирования Встроенные библиотеки блоков Средства отладки и анализа Variables monitor 1 Plot results 3 3D animation 2 2 Diagram 1 Package Browser 2 Variable Browser 4 Equation Browser 5 Component Browser 3 Вызовы Отсутствие моделирования поведения системы Нельзя использовать готовые модели поведения 23

Дополнительно Интеграция с коммерческими библиотеками: Язык программирования для СУ Автоматический генератор кода Настройка и подбор параметров Оптимизация Связь с аппаратурой управления Экспорт и импорт данных 24 Динамическое поведение системы Мульти-физическое моделирование

Multi-Engineering Systems Behavior modeling and simulation 9 Конфиденциальная информация Совместное проектирование систем

26 Совместное проектирование систем – создание единого образа объекта в БД

27 Навигатор классов для связи RDS-PP классифицированного оборудования и библиотеки MODELICA classes)

Safety Modeling & Analysis based on the BPAs System Modeling Model Verification Graphical Simulation System Analysis Fault Tree generation Fault Tree calculation Create a new model Define the behavior Reuse existing models Create the architecture Define the CCF BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation You can create new components with the features: Interface (I/O) with the types State variables Failure Modes and the probability distribution laws (Failure Rate) General information (comments,…) Icon(s) for the graphical animation

Safety Modeling & Analysis based on the BPAs System Modeling Model Verification Graphical Simulation System Analysis Fault Tree generation Fault Tree calculation Create a new model Define the behavior Reuse existing models Create the architecture Define the CCF BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation You can create hierarchical models with Equipments (sub- systems), Operators (functions), predefined Types… All models are stored in the library

Safety Modeling & Analysis based on the BPAs System Modeling Model Verification Graphical Simulation System Analysis Fault Tree generation Fault Tree calculation Create a new model Define the behavior Reuse existing models Create the architecture Define the CCF BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation AltaRica is the safety-oriented language used to define the behavior Mode automata formalism Hierarchical modeling Formal modeling Define how the component reacts when an event occurs working failed failure under_repair start_repair end_repair

Safety Modeling & Analysis based on the BPAs System Modeling Model Verification Graphical Simulation System Analysis Fault Tree generation Fault Tree calculation Create a new model Define the behavior Reuse existing models Create the architecture Define the CCF BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation Capitalization of the design and models All models are stored in the library (components, equipments, types, operators, systems) Failure Rates can be organized in the Failure Rate Bank You can reuse them (instantiation) with drag & drop Models are organized in folders Model Versioning

Safety Modeling & Analysis based on the BPAs System Modeling Model Verification Graphical Simulation System Analysis Fault Tree generation Fault Tree calculation Create a new model Define the behavior Reuse existing models Create the architecture Define the CCF BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation Systems are stored in the library and organized in projects Definition of several variants (versions) of system architectures to validate the safety requirements Integration of the redundancies, the reconfiguration mechanisms by adding models from the library Integration of Unexpected Events with Observers Definition of the connections Various tools to align, arrange the graphical structure…

Safety Modeling & Analysis based on the BPAs System Modeling Model Verification Graphical Simulation System Analysis Fault Tree generation Fault Tree calculation Create a new model Define the behavior Reuse existing models Create the architecture Define the CCF BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation Several kinds of Synchronization types to synchronize a group of events Definition of Common Cause Failures Add a probability law to the synchronizations

Safety Modeling & Analysis based on the BPAs System Modeling Model Verification Graphical Simulation System Analysis Fault Tree generation Fault Tree calculation BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation Verification Engines to check the syntax, coherence, completeness of the models (component, equipment, system, …) The displayed messages can be customized (warnings & errors)

INCOSE Singapore 2009 Safety Modeling & Analysis based on the BPAs System Modeling Model Verification Graphical Simulation System Analysis Fault Tree generation Fault Tree calculation Graphical Simulation Textual Simulation BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation Use the Simulation to inject failures in the system Visualize the failure propagation and the impacted components Useful to validate the system behavior An efficient mean to share information about an architecture solution A good communication way between reliability experts and designers

Safety Modeling & Analysis based on the BPAs System Modeling Model Verification Graphical Simulation System Analysis Fault Tree generation Fault Tree calculation Graphical Simulation Textual Simulation BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation Use the Textual Simulation module to Display the state and flow variables Replay a failure scenario Visualize the simulation history…

Safety Modeling & Analysis based on the BPAs System Modeling Model Verification Graphical Simulation System Analysis Fault Tree generation Fault Tree calculation BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation Various Processing Tools to analyze the system Plug-ins manager to add/remove processing tools Generator of Event Sequences for dynamic models Event Impact analysis Plug-ins manager

Safety Modeling & Analysis based on the BPAs System Modeling Model Verification Graphical Simulation System Analysis Fault Tree generation Fault Tree calculation BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation BPA SD9 Dysfunctional Analysis & Simulation Automatic Generation of the Fault Tree from the architecture No time cost Output format: ARALIA (.ara) Just select the Top Event (Unexpected Event) of the Fault Tree from the system Fault Tree (Aralia format)

Safety Modeling & Analysis based on the BPAs System Modeling Model Verification Graphical Simulation System Analysis Fault Tree generation Fault Tree calculation BPA FT9 ARALIA Fault Tree Analyzer BPA FT9 ARALIA Fault Tree Analyzer Fault Trees generated with BPA DAS can be edited with BPA FT9 Various kinds of calculations can be performed with the ARALIA Engine: Probability assessment Minimal Cut-Set Sensitivity analysis Importance Factor analysis Safety Integrity Level (Standard ) …

Процесс расчетного моделирования сейчас 40 Проектные данные Проектные данные Результаты расчета Результаты расчета Анализ результатов Анализ результатов Описание объекта 2D схемы, 3D модели, текстовое описание, таблицы. Софт: CAD, PDM, PLM Описание объекта 2D схемы, 3D модели, текстовое описание, таблицы. Софт: CAD, PDM, PLM Описание объекта на входном языке, понятом расчетному коду. Как правило, текст определенного формата вода данных. Описание объекта на входном языке, понятом расчетному коду. Как правило, текст определенного формата вода данных. Программа для расчета физики процессов протекающих на объекте. (Теплофизика Ядерная физика Электрика и т.п.) Программа для расчета физики процессов протекающих на объекте. (Теплофизика Ядерная физика Электрика и т.п.) Расчетчик Проектант, конструктор Расчетная схема Расчетная схема Расчетный код Расчетный код

Будущее: моделирование, встроенное в проектирование Расчетная схема Расчетная схема model dcmotor Modelica.Electrical.Analog.Basic.Resist or r1(R=10); Modelica.Electrical.Analog.Basic.Induct or i1; Modelica.Electrical.Analog.Basic.EMF emf1; Modelica.Mechanics.Rotational.Inertia load; Modelica.Electrical.Analog.Basic.Groun d g; Modelica.Electrical.Analog.Sources.Con stantVoltage v; equation connect(v.p,r1.p); model dcmotor Modelica.Electrical.Analog.Basic.Resist or r1(R=10); Modelica.Electrical.Analog.Basic.Induct or i1; Modelica.Electrical.Analog.Basic.EMF emf1; Modelica.Mechanics.Rotational.Inertia load; Modelica.Electrical.Analog.Basic.Groun d g; Modelica.Electrical.Analog.Sources.Con stantVoltage v; equation connect(v.p,r1.p); Расчетный код Расчетный код Проектные данные Проектные данные Теплогидравлика Нейтронная физика Прочность Надежность (ВАБ) Обоснование безопасности Автоматизация 12 СТАНДАРТ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ Визуальное представление Описание параметров Наборы готовых блоков Проектировщик - конструктор Расчетчик

Расчетно-экспериментальные обоснования ресурса при проектировании и контроль при изготовлении Данные входного и предэксплуатационного контроля Результаты инструментального контроля при ППР Результаты тех.обслуживания и ремонта Исходные сигналы систем мониторинга в ходе эксплуатации Логическая модель энергоблока (режимная диагностика) Нейтронно-шумовая модель реактора Модель для расчетов термомеханической нагруженности Расчетная модель оценки и прогнозирования эрозионно- коррозионных износов Модель оценки повреждений теплообменных труб ПГ Референтная циклограмма токов э/привода арматуры Математические модели РМ СОД Базы данных Рабочее место эксперта СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И МОНИТОРИНГА ЭНЕРГОБЛОКА 2

Моделецентрические методы проектирования Ввести расчетное обоснование в качестве элемента управления жизненным циклом АС (включение расчетных кодов во внутренний цикл САПР) Создать интерфейс автоматизированного ввода исходных данных в расчетные коды из САПР и результатов расчетов в проектно- конструкторскую документацию (ПКД ) Система управления конфигурацией (гарантирование актуальных проектных данных, используемых в расчетах, обосновывающих безопасность) В конечном итоге создать «Виртуальную АЭС» (компьютерная копия ЯО, имитирующая поведение и свойства реального ЯО)

Типичная интегральная оболочка 128

Прообраз информационной системы будущего Центр ISO Модель требований Физмодель поведения системы (нейтрон, теплогидр., автоматика, электрич.) модель надежности, риска 3-D модель, модель прочности, сейсмической устойчивости Модель ресурсов проекта, эконом. модель Модель предприятия ISO PMBOK Software Breakdown structure Product Structure