在利用活动图梳理发动机地面起动功能流过程中，发现使用自然语言描述复杂系统时存在以下 2 类问题。
1）文字表述存在二义性。例如，发动机起动时间的描述“发动机应在 t时间内完成起动”存在歧义。对于“发动机应在 t时间内完成起动”的理解，设计方案想要描述的是“起动机带转发动机的起动时间最长为t，否则需要关闭起动机”；设计人员的理解为“若发动机起动时间超过 t，则需要终止发动机起动全过程”，两者存在理解分歧。
2）存在功能逻辑缺失。例如，方案中描述“当高压相对物理转速达到一定速度时，开始供油”，若高压相对物理转速未达到限定速度，发动机需要进行的动作和所处状态未明确。
通常，使用类似 Visio的图形设计工具辅助描述设计信息。然而，由于缺乏统一的语义规范和信息关联机制，无法对活动流程中的并行、引用、延时等特殊状态进行准确唯一的描述，这类图形信息就相当于图形化的自然语言。在描述发动机起动时间控制逻辑中，设计人员会用一个框图表示，如图3红框所示。如果想要描述更加详细的控制逻辑，只能用更加复杂的活动流图代替之前的框图，从而导致整个活动流缺乏层级，逻辑混乱。如此一来，既不利于设计人员理解设计方案，也会造成不同人员的理解偏差，带来信息二义性。
图3 航空发动机起动时间控制Visio
在MBSE方法论中，通过SysML中的标准模型元素来准确表达设计信息，得到如图4所示的发动机起动时间的活动图，其中红色区域表示发动机正常起动的活动流，黑色区域表示同时进行的发动机起动时间控制活动流。其中黑色区域所表示的活动流采用子活动图的方式表达，子活动图的具体信息如图5所示。
图4 航空发动机起动时间控制活动
图5 航空发动机起动时间控制子活动
SysML模型中的时序图是根据活动图所描述的行为逻辑，建立多个对象之间的动态协作和行为顺序关系以及不同对象之间的消息传递，明确了起动过程中的系统与外部角色之间的交互关系，从而确定系统与外部的接口和端口关系。
状态机通过分析和确认每个对象所经历的状态序列、在特定状态下的行为、引起状态转移的条件、因状态转移而伴随的动作、以及对异常做出的响应等内容，确立系统在其生命周期内的完整动态行为。发动机地面起动过程主要包含以下状态：等待驾驶舱指令状态、起动状态、故障处理状态、慢车状态和关闭起动状态。根据不同的判断条件和触发事件，发动机处于其中某一个状态，并且可以在不同状态之间进行切换。
Rhapsody提供了通过界面交互方式执行状态机的模式，通过给定的 Web界面，可以通过参数注入的方式输入测试用例，实现不同场景、不同状态之间的仿真测试，从而验证功能逻辑完备性和需求满足性。
通过传递参数，状态机图实现了地面正常起动、起动超温、余热超限、滑油压力低等10余种测试用例的仿真测试。以滑油压力低为例，表2列出发动机地面起动过程发生滑油压力低时的参数注入信息，当对状态机注入以下参数时，发动机进入地面起动滑油压力低故障处理状态，验证了故障处理控制逻辑的正确性，如图6所示。
表2 航空发动机地面起动滑油压力低测试用例参数
图6 航空发动机地面起动滑油压力低状态机仿真
由于 SysML 语言来源于 UML 语言，擅长对离散事件驱动的系统，即发动机控制功能逻辑描述和仿真，但对于真实连续运行的物理系统的描述仍存在局限性，有待进一步的研究。
从系统建模语言、建模工具和方法论 3个方面详细介绍了基于模型的系统工程相关理论知识，并且通过不同角度对不同方法、工具进行了对比，为寻找适合航空发动机功能建模的解决方案进行了初步探索。在航空发动机控制设计起动场景功能建模实践中，选用Rhapsody建模工具，基于 Harmony-SE 方法论开展 SysML 建模，详细描述了利用活动图、时序图描述复杂系统交互活动的过程，解决了自然语言无法描述复杂活动的问题；利用状态机图通过参数注入方式进行起动功能逻辑的仿真和验证，为后续航空发动机全系统建模和功能逻辑仿真提供了解决思路。
在未来的研究中，将继续在航空发动机控制设计或者其他子系统设计开发中探索和实践MBSE方法，制定统一的建模标准与模型管理规范，形成企业自主的MBSE流程和工程手册。另外，尝试将MBSE向航空发动机整机建模仿真推广，从而实现系统级的仿真验证和综合优化，为早期的设计方案测试和验证提供技术支持。
MBSE 通过构建以模型为中心的可追溯信息集成框架，利用模型的不断迭代贯穿整个产品研发和后续生命周期全过程。然而现阶段 MBSE在建模标准规范统一、建模方法的推广和应用、上下游模型的数据传递、模型与仿真分析工具的集成等方面还有待进一步的提升和发展。可以预见，随着 MBSE工程成熟度的不断提升和应用领域的不断扩大和深入，MBSE将会形成一套体系完备的开发流程和标准，为复杂产品的正向设计提供强大的平台支撑。
