MBSE与锂电池设计

MBSE（基于模型的系统工程）通常被用来进行复杂大系统设计。法国贡比涅大学的科学家举重若轻，用最新的DEPS方法，以活动和人为中心完成基于系统方法的锂电池设计。

本文提出了一种在系统工程框架内对复杂物理系统进行初步设计的方法。这种方法以预设计任务中涉及的活动和参与者为中心。它侧重于使用DEPS（DEsign Problem Specification）对设计问题进行建模，这是一种在工程中指定和建模设计问题的最新形式。这种设计方法完善了基于仿真的分析方法，这些方法目前主要用于物理系统的设计。

特别是该方法允许综合预设计架构，这是分析/仿真方法无法做到的。从需求的文本规范开始，所提出的方法构建了设计问题的形式模型，并使用约束规划对其进行了解决。讨论了与这种方法相关的思想和概念：问题模型的可重用性问题，问题的概念，知识和解决方案空间以及需求的正式规范以及区分设计问题模型和设计系统模型的所有其他内容。电动汽车锂离子电池设计示例作为本文的实际用例。

结论

本文的目的有两个。首先，它提出了一种通过基于综合过程的基于模型的方法预先设计物理系统的方法。这项工作的主要目标之一是提出一种方法和框架，专门针对面临具体和复杂设计问题的工业设计师。在这种情况下，所接受的愿景同时是建设性的、归纳的和可升级的。这种方法的一个关键方面是鼓励设计要求和设计问题的形式化，以适应不同利益相关者（客户、设计师、专家、项目负责人）的观点。该方法基于问题规范语言DEPS及其建模/求解集成环境DEPS Studio。DEPS语言利用了面向对象语言的许多优点（可重用性，分解，泛化/专用化，继承），解析步骤使用约束规划。一旦我们设计了结构化系统（功能和/或结构上），并且我们能够建立一组设计属性，如方程、代数和/或逻辑不等式，这种方法是可取的。这不符合纯粹创新或创造力的目的。

其次，该方法在基于电动汽车锂离子电池设计的用例中进行了说明。这个例子证明了这种方法的相关性和有效性。很明显，与任何新方法一样，学习语言和计算机工具的阶段是必要的，对于已经熟悉面向对象建模的用户来说，这将更容易。然而，作为工业/学术伙伴关系的结果，已经做出了特别的努力，以便工业设计部门的专家可以使用形式主义和语言。通过这种方式，我们鼓励有兴趣的人根据自己的设计需求对其进行测试，并帮助我们改进当前版本（更多信息可在 DEPS 协会网站DEPS （2020）上找到）。与任何面向对象或基于模块的语言一样，DEPS中内置的模型可以重用于不同或更复杂的设计问题（例如，用于用例或不同需求的完整工具）。目前，作者正在努力扩展电池示例以考虑环境限制，并将电池集成到更大的设计问题中，即电动或混合动力汽车。用例的分辨率表明约束规划非常适合，因为解决时间仍然非常短。然而，整体设计时间不限于解决时间，它还必须包括指定需求和对设计问题进行建模所花费的时间。这些扩展的目标之一是评估是否确实可以通过利用我们的设计方法提供的模型的可重用性和DEPS语言的使用来节省设计时间。

DEPS语言是最新的，因此在不断发展。自第一个版本以来，添加了新功能，将来应该会出现一些功能。例如，本文中讨论的用例使用其处理目录约束和混合变量的能力。本文侧重于物理系统的设计，但其他论文也讨论了嵌入式系统软件的设计，这使得可以考虑使用它来设计信息物理系统或产品服务系统。在未来的工作中，我们还计划将合成过程生成的解决方案连接到Modelica仿真中。

审核编辑：刘清