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数字化试验鉴定:如何对武器系统模型进行验证

在武器装备研制数字化背景下,数字化试验鉴定正成为提升效率、降低成本的关键。它能够在虚拟环境中早期发现并解决问题,大大缩短研制周期。然而,数字化模型的可靠性直接影响试验鉴定的有效性。因此,对这些模型进行严格验证至关重要。只有确保模型准确反映实际系统,才能充分发挥数字化试验鉴定的优势,为装备研制提供可靠的决策支持。

国内武器装备在逐渐向数字化研制转型,如何解决“非实体”的试验鉴定问题,我们迟早要面对。今天给大家介绍的这篇文章可作为参考,原文源自国际试验鉴定协会内部期刊。文章探讨了数字化转型背景下系统模型验证在试验鉴定中的关键作用,介绍了一种创新的验证框架,包含验证用例、模型需求和验证试验用例三个核心元素。通过小型无人机系统设计的实际应用,展示了该框架的实用性。文章强调,随着系统复杂性增加,基于验证模型的自动化数字试验将成为未来装备研制的重要趋势,有望提高效率、降低成本,推动国防系统采购进程。
原文近7000字,内容较为具体,为节省大家时间,我们进行了编译,缩减到1500字有需要的同志可以联系客服获取原文。
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数字化试验鉴定:如何对武器系统模型进行验证

引言:国防部的数字化转型   

美国国防部正在进行一场深刻的数字化转型,这场变革将彻底改变现有的采办流程。传统的纸质文档正逐步被数字模型取代,新的概念如快速采办流程(RAP)和持续试验鉴定应运而生。在这一背景下,传统的试验鉴定方法将在项目全生命周期中得到数字化试验的强化。

采办寿命周期

这种数字化试验依赖于多种数字模型,其中包括基于模型的系统工程(MBSE)。这些模型通过数字线程和权威信息源(ASOT)紧密相连。在这一过程中,确保系统开发人员和试验工程师使用准确可靠的模型进行决策变得尤为重要,这就凸显了对数字化产出进行验证的必要性。

本文将介绍一种基于模型的验证技术,并通过一个概念验证详细说明其应用,探讨这种方法如何推动未来的采办过程。

一、数字化转型的现状  

美国空军已在多个项目和产品生命周期的不同阶段开展了数字化工作。许多实施过程都是在项目或计划层面创建的,同时有几个组织正在努力总结和分享最佳实践。    

最近的一个典型案例是陆基战略威慑系统(GBSD)。该项目通过评估超过百万种系统配置,进行了全面的权衡研究,为选择最佳解决方案提供了依据。另一个先锋项目是下一代喷气式教练机T-7 Redhawk,该项目从预里程碑A阶段就开始整合数字实践和建模。

此外,一些原本采用传统方法的飞机项目,如A-10、B-52和F-16,也在投资回报率(ROI)合理的情况下,不同程度地采用了数字化模式。2021年的一项研究显示,潜艇作战联邦战术系统(SWFTS)通过投资基于模型的需求过程,为美国海军节省了约1000万美元,产生了3.26倍的初始投资回报。

二、数字化转型的挑战与机遇  

数字化转型的成功应用已经赢得了部门领导的支持,参与各个采办框架路径的工作人员也逐渐接受了这一趋势。然而,试验鉴定仍是一个需要大量资金和时间投入的关键领域。

传统上,试验鉴定往往在研制周期的后期进行,紧接着就是制造、使用和维护阶段。这种做法的弊端在于,当试验团队发现问题时,解决方案往往代价高昂,既耗费资金又延误进度。

借鉴敏捷软件开发的理念,新的数字采办模式强调在系统生命周期的早期就开始频繁进行试验鉴定。这种方法有助于及早发现问题,从而降低成本,提高效率。

随着数字模型管理的推广,用于指导决策的系统模型数量将大幅增加。如果能在开发初期就对这些模型进行验证,并及时提供给试验鉴定团队,将有助于降低成本,缩短进度。    

三、验证框架与流程  

为了应对数字化转型带来的挑战,本文提出了一个创新的验证框架和流程。

对数字化系统模型进行验证的元模型

这个框架包含三个核心元素:

1. 验证用例:定义模型的使用方式、所需能力和输出准确性的边界条件。

2. 模型需求:细化用例,明确模型必须满足的具体要求。

3. 验证试验用例:用于验证每个模型需求的具体方法。    

模型验证过程

验证过程从定义模型用例开始,这是确定建模工作范围和实施原则的关键。接着,使用自定义的系统建模语言(SysML)构造型创建模型需求。最后,通过创建验证试验用例来识别验证每个模型需求的方法。

基于模型的验证Sys ML

这个过程通过追溯验证链来完成:执行验证试验用例,验证模型需求,细化模型用例,最终得出有效性结果。

四、实际应用:小型无人机系统设计  

为了验证这个框架的实用性,作战在空军技术学院(AFIT)的小型无人机系统课程中进行了应用。学生们使用这个框架来开发一个基于多旋翼Tarot 960 Hexframe的系统。    

在这个过程中,学生们首先识别模型用例,然后将其分解为具体的模型需求。接着,他们定义验证试验用例,用于验证这些需求。最后,他们创建了一个"SUAS系统尺寸标准块"来存储和评估模拟试验的结果。

这个应用显示,该框架不仅可以用于产生可操作的信息,还能有效增强现场飞行试验的效果。

五、结语:数字化试验鉴定的未来  

随着系统复杂性不断增加,传统的人工试验方法已难以应对。因此,基于经验证模型的自动化数字试验将成为快速采办和持续试验鉴定方法的关键。

这种方法有望扩展到更广泛的国防系统采办领域,包括科技研发、原型设计和实验工作。它将有助于整合技术、任务和项目的多个视角,确保有效利用进度、预算和性能。    

本文提出的MBSE模型验证方法,正是向这一目标迈出的重要一步。它为数字化时代的系统开发和试验鉴定提供了新的思路和工具,有望推动国防系统采办的效率和效果达到新的高度。    




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