一种面向模型传递的虚拟试验流程设计方法及系统

技术领域

本申请属于航空虚拟试验领域，特别涉及一种面向模型传递的虚拟试验流程设计方法及系统。

背景技术

基于模型的系统工程(MBSE)方法主要采用模型来传递需求和设计，包括自顶向下的逻辑、功能、架构模型，以及自底向上的产品模型。在前期的设计过程中，为了保证需求的完整性以及向下级传递模型的正确性，需要对分析模型进行仿真验证；在后期产品集成过程中，对大量产品模型进行集成，组装成虚拟的复杂系统模型，对系统整体性能进行验证，为保证模型质量，需要实施面向模型传递的虚拟试验。

传统的试验测试流程与虚拟试验测试流程的差异主要体现在：测试对象不再限于已交付实物，而是模型和实物的综合；测试目的不只限于针对指标的验证，更注重对特征的评估；测试用例不再是单独的剖面，而是整体的使用场景。因此，传统的试验测试流程不能适用于面向模型传递的虚拟试验。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种面向模型传递的虚拟试验流程设计方法及系统，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

本申请的第一个方面提供了一种面向模型传递的虚拟试验流程设计方法，用于实现对虚拟飞机模型进行虚拟试验，虚拟飞机模型包括飞管系统模型、任务系统模型、机电系统模型以及动力系统模型，所述虚拟试验流程设计方法包括：

步骤一、搭建虚拟试验模型，并进行验证前提条件检查；

步骤二、对所述虚拟试验模型进行静态检查；

步骤三、搭建环境配试模型；

步骤四、搭建适配器模型；

步骤五、搭建状态反馈模型；

步骤六、设计测试用例；

步骤七、进行仿真验证实施。

可选地，步骤一中，所述搭建虚拟试验模型，并进行验证前提条件检查包括：

S101、搭建功能逻辑模型，并对所述功能逻辑模型进行验证前提条件检查，保证：

Rhapsody功能逻辑模型所有用例的状态图和内部块图建模完毕；

Rhapsody功能逻辑模型所有用例合并完毕；

Rhapsody功能逻辑模型已入库，并完成评审；

S102、搭建搭建性能模型，并对所述性能模型进行验证前提条件检查，保证：

全机性能模型建模完毕；

全机性能模型实现控制信息流综合和能量信息流综合；

全机性能模型已入库，并完成评审。

可选地，步骤二中，所述对所述虚拟试验模型进行静态检查包括：

S201、对虚拟试验模型接口进行检查，包括对功能逻辑模型接口完整性以及对性能模型接口完整性的检查；

S202、对虚拟试验模型静态逻辑进行检查，包括对功能逻辑的一致性、需求追溯关系的一致性以及模型基础功能的完整性的检查。

可选地，步骤三中，所述搭建环境配试模型包括：

S301、定义环境配试模型的第一数据结构；

S302、创建环境配试模型的DDS接口实例。

可选地，步骤四中，所述搭建适配器模型包括：

S401、定义虚拟飞机模型的第二数据结构；

S402、定义虚拟飞机模型的DDS接口实例；

S403、搭建虚拟飞机模型对应的适配器模型；

S404、配置虚拟飞机模型的运行环境。

可选地，步骤五中，所述搭建状态反馈模型包括：

S501、搭建状态反馈模型；

S502、建立状态反馈模型与状态显示系统的连接关系。

可选地，步骤七中，所述进行仿真验证实施包括：

S701、启动环境配试模型；

S702、启动虚拟飞机模型；

S703、进行虚拟试验模型的仿真初始化；

S704、自动化测试脚本加载；

S705、仿真开始；

S706、仿真操作；

S707、仿真结束；

S708、进行仿真数据分析。

本申请的第二个方面提供了一种面向模型传递的虚拟试验系统，基于如上所述的面向模型传递的虚拟试验流程设计方法，包括：建虚拟试验模型、环境配试模型、适配器模型、状态反馈模型以及测试用例。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的面向模型传递的虚拟试验流程设计方法，能够提高试验流程设计的效率，实现功能需求和性能需求的快速验证和设计迭代，有效降低试验成本和周期。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的面向模型传递的虚拟试验流程图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1对本申请做进一步详细说明。

本申请的第一个方面提供了一种面向模型传递的虚拟试验流程设计方法，包括以下步骤：

步骤一、搭建虚拟试验模型，并进行验证前提条件检查；

步骤二、对虚拟试验模型进行静态检查；

步骤三、搭建环境配试模型；

步骤四、搭建适配器模型；

步骤五、搭建状态反馈模型；

步骤六、设计测试用例；

步骤七、进行仿真验证实施。

本申请的面向模型传递的虚拟试验流程设计方法，应用的试验对象是由飞管系统模型、任务系统模型、机电系统模型、动力系统模型等组成的虚拟飞机模型，按照面向模型传递的虚拟试验验证思路，设计虚拟试验流程对试验对象进行测试，验证流程如图1所示。

在本申请的一个实施方式中，步骤一中，搭建虚拟试验模型，并进行验证前提条件检查包括：

S101、搭建功能逻辑模型，并对功能逻辑模型进行验证前提条件检查，保证：

Rhapsody功能逻辑模型所有用例的状态图和内部块图建模完毕；

Rhapsody功能逻辑模型所有用例合并完毕；

Rhapsody功能逻辑模型已入库，并完成评审；

S102、搭建搭建性能模型，并对性能模型进行验证前提条件检查，保证：

全机性能模型建模完毕；

性能模型实现控制信息流综合和能量信息流综合；

性能模型已入库，并完成评审。

本实施例中，进行验证前提条件检查还包括：

无人机规范需验证的需求条目确认完毕；

地面控制站系统规范需验证的需求条目确认完毕；

系统规范需验证的需求条目确认完毕；

虚拟试验验证环境已经搭建完毕。

在本申请的一个实施方式中，步骤二中，对虚拟试验模型进行静态检查包括：

S201、对虚拟试验模型接口进行检查，包括对功能逻辑模型接口完整性以及对性能模型接口完整性的检查；

其中，检查端口事件完整性，功能逻辑模型状态图中用到的所有接收和发送事件都应该在InterfacesPkg下的事件包下定义一次、接口包下包含一次，缺少任何一次都将导致该发送或接收事件无法通过模型适配器实现该事件的通信；

检查性能模型接口完整性，接口需要与系统间ICD文件内容保持一致，ICD文件中定义的信号在模型中必须有相应体现，各模型间接收和发送的数据需要进行匹配，尽量不出现有发无收的情况，一定不能出现有收无发的情况。

S202、对虚拟试验模型静态逻辑进行检查，包括对功能逻辑的一致性、需求追溯关系的一致性以及模型基础功能的完整性的检查；

其中，功能逻辑的一致性是对照运行概念和活动图的使用流程，逐个分析模型中的状态跳转过程，检查二者是否一致，如有明显不一致，需反馈设计人员确认；需求追溯关系的一致性是在建模过程中，设计人员将设计规范逐条追溯到了模型操作，这些追溯关系将作为功能需求符合性验证的重要判据，故需要对模型操作与需求一致性进行检查，如不一致，需反馈设计人员确认；模型基础功能的完整性是检查多元异构模型的启动、初始化、暂停、停止等基础调度功能的完整性，确保模型可正常运行，能够以定步长或变步长的方式进行调度。

本申请的面向模型传递的虚拟试验流程设计方法，步骤三中，对环境配试模型设计，环境配试模型是指包括外部参与者在内的全部模型，内嵌在仿真总控台程序中，通过DDS网络为综合仿真验证的运行提供外部激励。经过模型接口检查后形成的模型接口关系中已经包含了飞机级和系统级功能逻辑和性能模型所需的全部外部激励。根据模型接口关系建立环境配试模型的步骤如下：

S301、定义环境配试模型的第一数据结构；

对于功能逻辑模型的事件触发类型接口，结构体中仅需包含一个成员变量，接收到该结构体数据包时判断成员变量的值，若为1则数据有效且触发相应操作，若为0则数据无效。对于性能模型中数据传递的接口，结构体中需要包含根据系统间ICD文件确定的数据信号量。定义好的结构体保存在idl文件中，由DDS Code Generator自动生成C++代码文件，将每个结构体封装成模板类，用于创建DDS接口实例。

S302、创建环境配试模型的DDS接口实例；

在使用C++代码实现数据包的订阅和发布时，每个数据包的交互需通过一个DDS接口实例实现。订阅数据时将该实例定义为DDS_Subscription类型，发布数据时将该实例定义为DDS_Publication类型，T为结构体封装后的模板类名称。

本申请的面向模型传递的虚拟试验流程设计方法，适配器是在被测模型中建立的数据通信状态机，基于DDS网络实现被测模型间、被测模型与配试模型间的数据通信。本实施例中，适配器模型的设计步骤如下：

S401、定义虚拟飞机模型的第二数据结构；

被测模型的通信需求中既包含业务数据，也包含触发信息，idl文件中需包含该模型所需的全部订阅和发布数据的结构体；。

数据结构定义完整后的idl文件将由DDS Code Generator自动生成C++代码文件，将每个结构体封装成模板类，用于创建DDS接口实例。

S402、定义虚拟飞机模型的DDS接口实例；

有两种方法可以为模型定义接口实例：一种是在适配器块中添加属性，定义该实例的名称、可见性和属性类型，此方法适用于接口实例数量较少的情况。当接口实例数量较多时，这种方法将显得繁琐不堪，可采用第二种方法，即将全部接口实例的定义放在一个头文件中，然后将该头文件附加到适配器块中。

S403、搭建虚拟飞机模型对应的适配器模型；

每个被测系统模型对应的适配器也采用相应的模型实现，设计时在该模型中嵌入实现DDS通信功能的代码。适配器模型共分为三个部分，分别是初始化单元、发送单元和接收单元。模型运行时首先进入初始化功能模块，内部添加对定义好的DDS接口实例进行初始化并分配缓存空间的C++代码。

S404、配置虚拟飞机模型的运行环境；

将DDS提供的lib、dll和pdb文件以及上一步生成的C++源文件和头文件复制到相应模型的代码生成目录下。在工程目录下建立include文件夹，将DDS提供的ndds文件夹和rti_dl文件夹复制到该文件中。

本申请的面向模型传递的虚拟试验流程设计方法，还包括状态反馈模型的设计，包括：

S501、搭建状态反馈模型；

S502、建立状态反馈模型与状态显示系统的连接关系。

为了便于监控被测模型的运行情况，在仿真过程中，当模型执行到某些状态时，需向状态显示系统以文字描述的形式反馈运行状态，必要时可反馈模型相关状态参数的值。在模型适配器中添加一个含字符串参数的状态反馈报文发送函数，在被测模型需要反馈状态的位置添加调用该报文发送函数的代码，注意报文要准确且无歧义。反馈回的文字描述与状态参数同样通过DDS网络发送到状态显示系统。

本申请的面向模型传递的虚拟试验流程设计方法，测试用例设计时，基于系统运行概念中规定的典型运行概念和异常运行概念以及各场景下Rhapsody模型中的活动图与时序图，采用有向图点线遍历和分段取信的方法，设计完整覆盖所需验证的无人机系统规范和地面控制站规范条目的一组测试用例，详细说明测试用例的前置条件、触发条件、所需外部激励及判定条件，梳理测试用例运行流程。

最后，仿真验证前准备工作完成后，基于上述搭建的模型进行仿真验证实施，具体验证流程如下：

S701、启动环境配试模型；

运行状态监控系统，用于接收模型回报信息，实现后续状态可监控；运行数据存储系统，用于将模型回报信息以文本的形式存储与本地；运行总控系统，控制被测模型的运行、停止、复位。

S702、启动虚拟飞机模型；

确保各被测模型均为最新编译生成，运行模型。模型启动后自动进行DDS接口实例初始化，待初始化完毕，所有模型处于接收指令状态。

S703、进行虚拟试验模型的仿真初始化；

执行总控系统初始化命令，对DDS网络中间件、仿真配试模型进行初始化操作，待系统初始化完成后可进行仿真验证。

S704、自动化测试脚本加载；

加载根据测试用例设计的自动化测试脚本。

S705、仿真开始；

执行总控系统仿真开始命令。

S706、仿真操作；

仿真期间可执行仿真故障注入、仿真激励，状态显示系统实时监控各被测模型的运行状态，总控系统可实现仿真暂停，观测模型的运行状态，记录测试用例中规定的观测项运行状况。

S707、仿真结束；

当一个测试用例运行完毕，停止或退出所有被测模型和参试模型。

S708、进行仿真数据分析；

模型间通信信息由数据存储系统以文本形式储存于本地，退出程序后可进行仿真数据分析。

本申请的第二个方面提供了一种面向模型传递的虚拟试验系统，基于上述的面向模型传递的虚拟试验流程设计方法，包括：建虚拟试验模型、环境配试模型、适配器模型、状态反馈模型以及测试用例。

本申请的面向模型传递的虚拟试验流程设计方法及系统，设计的流程支持对多元异构模型的虚拟试验验证，通过验证前提条件检查、模型静态检查、模型动态仿真验证等流程的设计，提高验证效率，实现功能需求和性能需求的快速验证和设计迭代，有效降低试验成本和周期。本申请通过虚拟试验流程的设计，能够实现对验证全过程的规范化管理。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。