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摘 要结合实际项目对航空运输系统仿真模型的建立方法进行了研究。提出一套从利益相关者分析、需求定义至仿真模型网络构建的完整建模方法。该方法基于国际系统工程委员会系统工程手册设计，并增添了相应的追踪关系矩阵，保证了需求的可追溯性、可验证性及模型间的一致性。最后给出使用该方法建立的一个仿真模型的测试结果，对方法进行了可行性和有效性验证。
【关键词】系统工程 航空运输系统 建模 仿真
随着科技的发展，民用飞机设计向着降低成本和提高安全性两大目标持续迈进。但是究竟对飞机的哪项参数或者哪些配置进行更改才能实现这个目标，始终难以进行系统的衡量。
本文旨在建立一套完整的仿真网络，对飞机的更改后配置进行系统性仿真，使飞机的设计方能够完整预测新配置对整个航空运输系统带来的关键性影响。
航空运输系统是系统的系统，包含航空公司、机场、飞机、ATM、飞机设计制造公司等系统，而各大系统本身又有复杂的组织架构和业务逻辑。系统工程方法能够为此类复杂系统的设计建模提供一个有效工作环境，从需求阶段开始，通过模型的不断演化、迭代实现最终的设计目标，同时通过系统工程理论中追踪、验证等方法确保设计结果的正确性和完整性。
本文作者以INCOSE（国际系统工程委员会）系统工程理论为基础支撑，设计了一套从需求到最终仿真网络搭建的完整方法。
1 建模方法设计
图1所示为本项目的建模方法。模型分为两大部分：基本模型和仿真模型。基本模型包括从利益相关者定义直至架构定义的一系列模型。基本模型是航空运输系统的静态模型和业务模型的集合，是航空运输系统的模型化体现，也是继续构建仿真模型的基础依据。仿真模型是将基本模型中各模块关系、算法使用建模方法进行固化，并依据输入参数的变化对各模块的影响进行量化和侦测的动态模型。仿真使用的模型类型可使用参数模型、网络模型或其它适用于相关问题域的动态模型。
建模各环节描述如表1所示。
除了上述模型定义过程，在模型开发过程中还需记录和维护几种追踪表，这些表确保了需求和模型、模型和模型之间的一致性，见表2。
航空运输系统的复杂性使其无法一次性建模完成。本文设计的方法以螺旋式生命周期为基础，在任一阶段模型设计或仿真测试过程中，都可以根据需要回到需求定义阶段重新开始，按顺序向各个模型增添细节信息，并维护相应的关系表。由于每次增量开发并不需要对已有模型进行修改，因此并不会造成开发成本的浪费。
2 仿真模型测试
仿真模型是用于量化飞机配置更改所带来的各种影响的最终手段。本文以一个利润估算模型为例展示仿真模型的运行结果。该仿真模型以法兰克福机场到纽约机场的航线为例，针对该航线上德国汉莎公司运行的全部四种机型（A380，A340，波音747-400和波音747-8）进行利润计算，并假设将该航线所有机型替换为A380后，对其利潤变化进行仿真演示。
计算过程中所有航班数据均来自于德国汉莎公司2015年的真实飞行记录。
仿真结果如图2所示。
图2红色曲线代表年度总座位数，蓝色曲线代表总利润，X轴数字代表A380航班数。由结果可知，A380在完全替换其余两种机型后利润总值达到顶峰，而替换波音747-8时利润开始下滑。因此A380在该航线的利润低于波音747-8而低于其余两种机型。
3 结论
应用该方法的模型开发目前已完成基本模型和部分仿真模型并通过评测。后续将对仿真模型进行代码输出，并使用编程的方式实现各仿真模型的输入输出链，最终实现整个仿真网络。使得在一次仿真过程中触发多个问题域不同仿真模型，并能够同时输出影响结果，为后续民机的发展和更改提供决策支持。
本文探讨的建模方法经实践证明，可以实现基本模型及仿真模型的建立。方法中对系统工程理论的应用以INCOSE系统工程手册第四版为基础，可以广泛应用于多个行业。
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