基于模型操作系统的航天器数字孪生系统技术研究

范松涛 郝海生

(1.中国航天科技集团有限公司中国空间技术研究院，北京 100094；2.精航伟泰测控仪器(北京)有限公司，北京 100094)

0 引言

数字孪生技术目前已得到全球各领域的关注与重视，尤其基于模型的系统工程(Model-Based Systems Engineering，MBSE)的数字孪生技术的研究更是国际系统工程领域研究的热点。国内在载人航天、深空探测、五代机和大飞机等大工程系统的背景下均大力发展MBSE，而在MBSE的工程实施过程中最核心的关键一环是系统数字孪生体的设计与仿真验证。没有数字孪生体设计与仿真验证的研制过程难以实现MBSE，只是割裂基于模型(Model Based，MB)与系统工程(Systems Engineering，SE)内在统一性的孤立模型的集合。很多单位在试点实践MBSE的过程中普遍遇到的共性问题就是利用系统建模语言(Systems Modeling Language，SysML)建立了数量庞大的需求模型以及设计分析模型，但系统实现阶段仍使用传统的基于文档驱动的系统工程方法，这种做法获得的MBSE收益很少，反而造成研发团队大量人力资源的浪费，由此形成一系列沉重而难以复用的模型资产负担。模型设计人员由于模型设计成果难以在系统实现阶段发挥效力，导致其对系统建模的价值与目标产生怀疑与动摇，使MBSE落地实践阻力重重。

MBSE中的系统数字孪生体模型的设计与仿真验证工作主要是为了尽可能逼近数字孪生体模型对应的物理实物的信息域以及物理域的属性，会涉及多维多域模型的混合设计和仿真工作，除此之外，还需加上时域上的同步问题，即使对工程问题进行近似、转换、归一等简化处理，也是一项极其复杂的工作。……