一种基于MBSE的需求追溯及覆盖度检查方法与流程

一种基于mbse的需求追溯及覆盖度检查方法
技术领域
1.本发明属于计算机仿真与建模技术领域，具体涉及一种基于mbse的需求追溯及覆盖度检查方法，可支持复杂产品基于mbse研发流程中的需求分解、设计、验证等过程追溯和覆盖度检查，充分发挥mbse在复杂产品研发过程中的应用价值。


背景技术：

2.随着航空、航天、兵器、汽车等行业对易用性、舒适性、安全性等方面的要求不断提高，当前工业产品电气化、智能化程度也越来越高，产品复杂度的量级不断跃升。在传统基于文本的系统工程研发过程中，系统设计产生的大量信息以文本的形式记录和在不同专业人员和部门之间传递。在应对越来越复杂的产品研发时，这种方法逐渐无法应对挑战，面临数据不一致、设计无法追溯等问题。
3.在传统系统工程变革需求的牵引和信息技术的推动下，基于模型的系统工程(model based systems engineering,mbse)应运而生，并被国内外视为系统工程的未来。借助数字化设计手段，mbse以建模的方式支持与复杂系统正向设计相关的需求、设计、分析、验证和确认等流程，其产物是一份唯一的模型，从而为复杂产品全设计流程数据的一致性和可追溯性提供了坚实的基础。
4.作为复杂产品(系统)的系统工程的核心流程，需求分析、架构设计、测试验证等流程分别定义了需求、架构、测试等，每个流程又包含系统、分系统、零部件等多个结构层级。通过建立不同层级需求之间的需求分解追溯、各层级需求与架构之间的需求设计追溯、各层级需求与测试用例之间的需求测试追溯，不仅可以基于模型自动验证需求分解、设计、测试等流程的完备程度，还可以快速响应设计变更及影响评估，从而大大提升产品研发的迭代效率和设计复用率。
5.在现有复杂产品的系统工程中，设计任务书的下达较多依赖纸质文档或电子文本，且系统需求分析、架构设计和测试验证等流程均使用不同的工具，不同流程之间通过文档、协调卡等传统方式进行沟通调整。
6.通过上述分析，现有技术存在的问题为：一方面，不同专业人员和部门之间需要维护众多不同的文档，文档之间存在大量冗余信息，从而很难维护文档之间的数据一致性；另一方面，文本描述的设计元素之间无法实现追溯分析，当出现设计变更时很难对变更影响进行准确评估，从而使得产品研发周期和成本显著增加，产品质量和可靠性却大大降低。


技术实现要素：

7.(一)要解决的技术问题
8.本发明要解决的技术问题是：如何利用模型化的设计元素和关系的可追溯性，提供了一种基于mbse的需求追溯及覆盖度检查方法。
9.(二)技术方案
10.为解决上述技术问题，本发明提供一种基于mbse的需求追溯及覆盖度检查方法，
所述方法包括如下步骤：
11.步骤1：定义包括需求分解、需求设计、需求测试在内的追溯规范和元模型；
12.步骤2：建立用户需要到系统、分系统、部件的各层级需求之间的分解追溯关系；
13.步骤3：自动统计包括用户需要、系统需求、分系统需求在内的分解覆盖率，并完善相关的需求和分解追溯关系；
14.步骤4：设计系统、分系统、零部件各层级架构模型，并建立相应设计元素到需求之间的设计追溯关系；
15.步骤5：自动统计系统、分系统、零部件各层级架构设计元素到相应需求之间的设计覆盖率，并完善相关的架构和设计追溯关系；
16.步骤6：设计系统、分系统、零部件各层级的测试用例，并建立相应测试用例到需求之间的测试追溯关系；
17.步骤7：自动统计系统、分系统、零部件各层级测试用例到相应需求之间的测试覆盖率，并完善相关的测试用例和测试追溯关系；
18.步骤8：针对需求分析、架构设计、测试验证的流程，利用模型追溯显示工具，分别建立需求分解、设计、测试的追溯显示图。
19.其中，所述步骤1中，根据某型号车辆传动系统的研制特点，其设计任务书主要来自于整车总体；传动系统研制过程根据总体任务书，开展传动系统的需求分析、架构设计、测试验证，涉及的需求类型包括功能需求、性能需求、设计约束。
20.结合sysml语法，分别采用派生、满足和验证三种关系模型来定义需求分解追溯、需求设计追溯和需求测试追溯关系；其中，需求分解追溯记录总体任务书的设计要求到系统需求、分系统需求、部件需求的分解过程；需求设计追溯记录系统、分系统、部件各架构设计元素到相应需求之间的设计追溯关系，功能需求被结构或行为覆盖，性能需求和定量的设计约束被指标参数覆盖，而定性的设计约束被结构覆盖；需求测试追溯记录系统、分系统、部件各测试用例到相应需求之间的测试追溯关系；
21.利用sysml工具，可以定义以上追溯规范，并自动对以上建模规范进行检查。
22.其中，在传动系统mbse正向设计过程中，设计任务书给出了传统系统的设计目标，包括对挡位功能、传动能力以及应保证的机动性能；根据这些设计目标，需要自顶向下地进行系统、分系统、部件等各层级需求分析；在进行每一层级的需求分析过程中，每一条被捕获的设计需求均应来自上一层级的某一条需求，可通过需求分解追溯关系来记录被捕获需求与其上一层级需求之间的关系；
23.利用sysml工具，可以采用需求追溯矩阵或需求图建立各层级需求之间的derive关系。
24.其中，所述步骤2中，只要认为需求分析已经接近充分，即可开始统计每一层级的需求分解覆盖率；需求分析过程针对产品概念阶段的需求进行分析，涉及功能、性能、接口、设计约束，而不涉及后续方案和工程的设计阶段的需求；因此，通过检查需求分解覆盖率，可以确认需求分析是否完全；在每一层级的需求分析过程中，均应随时检查需求分解覆盖率；只要该层级的需求分解覆盖率未达预期，即应继续完善相关的需求和分解追溯关系；
25.利用sysml工具，采用表格工具自动统计和显示derive关系的追溯覆盖率，其计算逻辑如下：
[0026][0027]
其中，在自顶向下进行传动系统各层级的需求分析之后，即可开启自底向上的传动系统设计和集成；最终，每一层级的需求均应被该层级的架构设计元素覆盖，以保证设计相对于需求是完备的；在传动系统设计过程中，部件的功能需求主要被设计的功能和结构元素覆盖，而性能需求和定量的设计约束主要被指标参数覆盖；在向上集成获得分系统和系统的过程中，分系统和系统的功能需求均被结构元素覆盖，而性能需求和定量的设计约束都被各自的指标参数覆盖；
[0028]
利用sysml工具，同样可以采用需求追溯矩阵或需求图建立各层级架构设计元素到需求之间的satisfy关系。
[0029]
其中，所述步骤4中，只要认为需求设计已经接近完备，即可开始统计每一层级的需求设计覆盖率；
[0030]
系统设计是一个自底向上进行设计集成的过程，故需要从下到上检查需求设计覆盖率；
[0031]
只要当前层级的需求设计覆盖率未达预期，即应继续完善该层级的架构和设计追溯关系，之后再继续向上进行设计集成；
[0032]
利用sysml工具，同样可以采用表格工具自动统计和显示satisfy关系的追溯覆盖率，其计算逻辑如下：
[0033][0034]
其中，传动系统的测试包括部件测试、集成测试、系统测试和确认测试；其中，部件测试在部件的结构设计和校核过程中已经完成，主要进行分系统集成测试、系统测试和确认测试；
[0035]
针对传动系统的功能需求和性能需求，设计相应的测试用例，并建立测试用例与其测试的需求之间的测试追溯关系；
[0036]
利用sysml工具，同样可以采用需求追溯矩阵或需求图建立各层级架构设计元素到需求之间的verify关系。
[0037]
其中，与传动系统需求设计集成一样，传动系统测试也是采用自底向上的顺序；不同的是，测试用例的设计依据是需求，只要各层级的需求已经确定，各层级的测试工程师即可同步进行测试用例的设计，并独立检查自己设计的测试用例是否覆盖该层级的所有需求；当某一层级需求的测试覆盖率未达预期时，则应该补充或者优化该层级的测试用例；
[0038]
利用sysml工具，同样可以采用表格工具自动统计和显示verify关系的追溯覆盖率，其计算逻辑如下：
[0039][0039][0040][0041]
其中，通过前面各个步骤，即可建立传动系统需求分析、架构设计和测试验证流程中的需求、架构和测试用例之间的完整追溯关系；
[0042]
为了完整地展示相应的追溯过程，利用sysml工具分别建立需求分解、设计、测试的追溯map图；这些map图可以调整追溯显示的范围和大小，成为查看和定位具体追溯关系的有效工具。
[0043]
其中，所述方法完全支持复杂产品mbse正向设计过程，通过需求分解、设计、测试的追溯关系，将需求分析、架构设计和测试验证的核心流程中产生的各结构层级的模型元素有机地联系起来，自动统计各层级需求的分解覆盖率、设计覆盖率和测试覆盖率，支持快速的需求变更及影响分析。
[0044]
(三)有益效果
[0045]
与现有技术相比较，本发明完全支持复杂产品mbse正向设计过程，通过需求分解、设计、测试等追溯关系，将需求分析、架构设计和测试验证等核心流程中产生的各结构层级的模型元素有机地联系起来，自动统计各层级需求的分解覆盖率、设计覆盖率和测试覆盖率，支持快速的需求变更及影响分析。
[0046]
与现有技术相比，本发明有效地确保了模型元素和追溯关系的一致性，提供了全流程数据追溯的方式，从而可加速复杂产品的迭代过程，缩短产品的研发周期，提升产品的设计可靠性。
[0047]
最终，本发明利用mbse需求分析、设计、测试等模型的可追溯性，提出了一种完全支持复杂产品正向设计过程的需求追溯及覆盖度检查方法。
附图说明
[0048]
图1为本发明所述基于mbse的需求追溯及覆盖度检查方法的流程示意图；
[0049]
图2为实施案例定义的需求分解、设计、测试等追溯规范示意图；
[0050]
图3为利用sysml工具定制化需求追溯元模型示意图；
[0051]
图4为定义需求分解追溯关系的需求追溯矩阵示意图；
[0052]
图5为自动统计需求分解覆盖率的表格工具示意图；
[0053]
图6为定义需求设计追溯关系的矩阵工具示意图；
[0054]
图7为自动统计需求设计覆盖率的表格工具示意图；
[0055]
图8为定义需求测试追溯关系的矩阵工具示意图；
[0056]
图9为自动统计需求测试覆盖率的表格工具示意图；
[0057]
图10为显示需求分解追溯关系的map图。
具体实施方式
[0058]
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的
具体实施方式作进一步详细描述。
[0059]
针对现有技术存在的问题，本发明利用模型化的设计元素和关系的可追溯性，提供了一种基于mbse的需求追溯及覆盖度检查方法。该方法可被用于解决复杂产品mbse正向设计过程中需求分解、设计、测试等追溯问题，维护需求、设计、测试等模型元素之间关系的一致性，并检查各个流程的需求覆盖度。
[0060]
复杂产品mbse正向设计过程一般包括功能需求、性能需求、接口需求、设计约束等。所有类型的需求均应来自上一层需求的分解，可通过需求分解追溯关系来记录；而每一类需求会被不同类型的设计模型元素覆盖，可采用需求设计追溯关系来记录；同时，每一类需求也会被相应的测试用例验证，可通过需求测试追溯关系来记录。
[0061]
需求分解追溯始于复杂产品的用户需要，通过系统、分系统、零部件等各层级的需求分析，建立用户需要到系统、分系统、零部件等各层级需求之间的完整的分解追溯关系。
[0062]
需求设计追溯基于各系统、分系统、零部件等各层级的分解需求，进行相应的架构设计，并分别建立系统、分系统、零部件等各层级架构(功能、指标、接口等)到需求之间的设计追溯关系。
[0063]
需求测试追溯则基于系统、分系统、零部件等各层级的分解需求，进行相应的测试用例设计，并分别建立系统、分系统、零部件等各层级测试用例到需求之间的测试追溯关系。
[0064]
借助mbse工具，本发明围绕复杂产品mbse正向设计过程，提出了一种基于模型的需求追溯及覆盖度检查方法，具体包括以下步骤：
[0065]
步骤1：定义包括需求分解、需求设计、需求测试在内的追溯规范和元模型；
[0066]
步骤2：建立用户需要到系统、分系统、部件的各层级需求之间的分解追溯关系；
[0067]
步骤3：自动统计包括用户需要、系统需求、分系统需求在内的分解覆盖率，并完善相关的需求和分解追溯关系；
[0068]
步骤4：设计系统、分系统、零部件各层级架构模型，并建立相应设计元素到需求之间的设计追溯关系；
[0069]
步骤5：自动统计系统、分系统、零部件各层级架构设计元素到相应需求之间的设计覆盖率，并完善相关的架构和设计追溯关系；
[0070]
步骤6：设计系统、分系统、零部件各层级的测试用例，并建立相应测试用例到需求之间的测试追溯关系；
[0071]
步骤7：自动统计系统、分系统、零部件各层级测试用例到相应需求之间的测试覆盖率，并完善相关的测试用例和测试追溯关系；
[0072]
步骤8：针对需求分析、架构设计、测试验证的流程，利用模型追溯显示工具，分别建立需求分解、设计、测试的追溯显示图。
[0073]
其中，所述步骤1中，根据某型号车辆传动系统的研制特点，其设计任务书主要来自于整车总体；传动系统研制过程根据总体任务书，开展传动系统的需求分析、架构设计、测试验证，涉及的需求类型包括功能需求、性能需求、设计约束。
[0074]
结合sysml语法，分别采用派生(derive)、满足(satisfy)和验证(verify)三种关系模型来定义需求分解追溯、需求设计追溯和需求测试追溯关系，如图2所示；其中，需求分解追溯记录总体任务书的设计要求到系统需求、分系统需求、部件需求的分解过程；需求设
计追溯记录系统、分系统、部件各架构设计元素到相应需求之间的设计追溯关系，功能需求一般被结构或行为覆盖，性能需求和定量的设计约束被指标参数覆盖，而定性的设计约束被结构覆盖；需求测试追溯记录系统、分系统、部件各测试用例(test case)到相应需求之间的测试追溯关系；
[0075]
利用sysml工具，可以定义以上追溯规范，并自动对以上建模规范进行检查；同时，sysml也提供profile拓展机制，可定制化需求追溯关系，如根据设计阶段和专业类型，对每一类需求追溯关系进一步细分，如图3所示。
[0076]
其中，在传动系统mbse正向设计过程中，设计任务书主要给出了传统系统的设计目标，包括对挡位功能、传动能力以及应保证的机动性能；根据这些设计目标，需要自顶向下地进行系统、分系统、部件等各层级需求分析；在进行每一层级的需求分析过程中，每一条被捕获的设计需求均应来自上一层级的某一条需求，可通过需求分解追溯关系来记录被捕获需求与其上一层级需求之间的关系；
[0077]
利用sysml工具，可以采用需求追溯矩阵或需求图建立各层级需求之间的derive关系，如图4所示。
[0078]
其中，所述步骤2中，只要认为需求分析已经接近充分，即可开始统计每一层级的需求分解覆盖率；在本实施案例中，需求分析过程主要针对产品概念阶段的需求进行分析，涉及功能、性能、接口、设计约束等，而不涉及后续方案和工程等设计阶段的需求。因此，这里通过检查需求分解覆盖率，可以确认需求分析是否完全。在每一层级的需求分析过程中，均应随时检查需求分解覆盖率。只要该层级的需求分解覆盖率未达预期，即应继续完善相关的需求和分解追溯关系。
[0079]
利用sysml工具，可以采用表格工具自动统计和显示derive关系的追溯覆盖率，如图5所示。其计算逻辑如下：
[0080][0081]
其中，在自顶向下进行传动系统各层级的需求分析之后，即可开启自底向上的传动系统设计和集成。最终，每一层级的需求均应被该层级的架构设计元素覆盖，以保证设计相对于需求是完备的。在传动系统设计过程中，部件的功能需求主要被设计的功能和结构元素覆盖，而性能需求和定量的设计约束主要被指标参数覆盖；在向上集成获得分系统和系统的过程中，分系统和系统的功能需求均被结构元素覆盖，而性能需求和定量的设计约束都被各自的指标参数覆盖。
[0082]
利用sysml工具，同样可以采用需求追溯矩阵或需求图建立各层级架构设计元素到需求之间的satisfy关系，如图6所示。
[0083]
其中，在步骤4中，只要认为需求设计已经接近完备，即可开始统计每一层级的需求设计覆盖率。需要注意的是，系统设计是一个自底向上进行设计集成的过程，故需要从下到上检查需求设计覆盖率。只要当前层级的需求设计覆盖率未达预期，即应继续完善该层级的架构和设计追溯关系，之后再继续向上进行设计集成。
[0084]
利用sysml工具，同样可以采用表格工具自动统计和显示satisfy关系的追溯覆盖
率，如图7所示。其计算逻辑如下：
[0085][0086]
其中，传动系统的测试包括部件测试、集成测试、系统测试和确认测试。其中，部件测试在部件的结构设计和校核过程中已经完成，主要进行分系统集成测试、系统测试和确认测试。不同需求类型的测试方法也不尽相同，本实施案例针对传动系统的功能需求和性能需求，设计相应的测试用例，并建立测试用例与其测试的需求之间的测试追溯关系。
[0087]
利用sysml工具，同样可以采用需求追溯矩阵或需求图建立各层级架构设计元素到需求之间的verify关系，如图8所示。、
[0088]
其中，与传动系统需求设计集成一样，传动系统测试也是采用自底向上的顺序。不同的是，测试用例的设计依据主要是需求，只要各层级的需求已经确定，各层级的测试工程师即可同步进行测试用例的设计，并独立检查自己设计的测试用例是否覆盖该层级的所有需求。当某一层级需求的测试覆盖率未达预期时，则应该补充或者优化该层级的测试用例。
[0089]
利用sysml工具，同样可以采用表格工具自动统计和显示verify关系的追溯覆盖率，如图9所示。其计算逻辑如下：
[0090][0091]
其中，通过前面所述步骤，即可建立传动系统需求分析、架构设计和测试验证流程中的需求、架构和测试用例之间的完整追溯关系。为了完整地展示相应的追溯过程，可利用sysml工具分别建立需求分解、设计、测试等追溯map图。这些map图可以调整追溯显示的范围和大小，成为查看和定位具体追溯关系的有效工具。
[0092]
图10给出了传动系统的需求分解追溯map图(局部)，显示了系统需求到分系统需求的分解追溯过程。类似地，也可以建立需求设计和测试追溯map图，分别显示每一层级需求与架构和测试用例之间的追溯关系。
[0093]
实施例1
[0094]
本实施例提供一种基于mbse的需求追溯及覆盖度检查方法，其包括如下步骤：
[0095]
步骤一，围绕特定产品mbse正向设计过程中的需求追溯需要，定义需求分解、需求设计、需求测试等追溯规范，以及各类追溯关系的元模型。其中，每一类需求追溯关系也可按专业类型再进一步细分。
[0096]
步骤二，在系统、分系统、零部件等各层级的需求分析流程中，捕获系统、分系统、零部件等各层级的需求，并建立用户需要到系统、分系统、零部件等各层级需求之间的分解追溯关系。
[0097]
步骤三，基于系统、分系统、零部件等各层级的需求模型和分解追溯关系，利用模型自动统计工具，计算用户需要、系统需求、分系统需求等分解覆盖率。若某一层级需求的分解覆盖率低于预期，则应更新该层及以下各层的需求分析流程，完善相关的需求和分解
追溯关系。
[0098]
步骤四，在系统、分系统、零部件等各层级的架构设计流程中，建立相应层级的架构模型，并建立功能、指标、接口等设计元素到相应层级需求之间的设计追溯关系。
[0099]
步骤五，基于系统、分系统、零部件等各层级的需求模型、架构模型和设计追溯关系，利用模型自动统计工具，计算各层级架构设计元素到相应层级需求之间的设计覆盖率。若某一层级需求的设计覆盖率低于预期，则应更新该层及以下各层的需求设计流程，完善相关的架构模型和设计追溯关系。
[0100]
步骤六，在系统、分系统、零部件等各层级的测试验证流程中，根据各层级的需求设计相应的测试用例，并建立测试用例到相应层级需求之间的测试追溯关系。
[0101]
步骤七，基于系统、分系统、零部件等各层级的需求模型、测试用例模型和测试追溯关系，利用模型自动统计工具，计算各层级测试用例到相应层级需求之间的测试覆盖率。若某一层级需求的测试覆盖率低于预期，则应更新该层的需求测试流程，完善相关的测试用例和测试追溯关系。
[0102]
步骤八，针对需求分析、架构设计、测试验证等流程，利用模型追溯显示工具，分别建立需求分解、设计、测试等追溯显示图。这些图不仅可以作为需求变更和影响分析工具，还可辅助步骤三、步骤五、步骤七等，作为具体查看和定位系统、分系统、零部件等各层级追溯问题的工具。
[0103]
实施例2
[0104]
为了使本发明要解决的技术问题和方法更加清楚，下面结合某型号车辆传动系统的具体实施案例和相关附图进行详细阐述。该实施案例基于系统建模语言(sysml modeling language,sysml)和相关sysml建模工具。
[0105]
需要指出的是，该实施案例的选择和工具的使用仅作为本发明的一个具体案例，而不限制本发明的权利要求范围；在不偏离本发明的基本原理的情况下，对本发明的各种等价修改均应仍属于本发明的权利要求范围。
[0106]
本发明提供一种基于mbse的需求追溯及覆盖度检查方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0107]
步骤1：定义需求分解、需求设计、需求测试等追溯规范和元模型
[0108]
根据某型号车辆传动系统的研制特点，其设计任务书主要来自于整车总体。传动系统研制过程主要根据总体任务书，开展传动系统的需求分析、架构设计、测试验证等，涉及的需求类型主要包括功能需求、性能需求、设计约束等。
[0109]
结合sysml语法，分别采用派生(derive)、满足(satisfy)和验证(verify)三种关系模型来定义需求分解追溯、需求设计追溯和需求测试追溯关系，如图2所示。其中，需求分解追溯记录总体任务书的设计要求到系统需求、分系统需求、部件需求的分解过程；需求设计追溯记录系统、分系统、部件等架构设计元素到相应需求之间的设计追溯关系，功能需求一般被结构或行为覆盖，性能需求和定量的设计约束被指标参数覆盖，而定性的设计约束被结构覆盖；需求测试追溯记录系统、分系统、部件等测试用例(test case)到相应需求之间的测试追溯关系。
[0110]
利用sysml工具，可以定义以上追溯规范，并自动对以上建模规范进行检查。同时，sysml也提供profile拓展机制，可定制化需求追溯关系，如根据设计阶段和专业类型，对每
一类需求追溯关系进一步细分，如图3所示。
[0111]
步骤2：建立用户需要到系统、分系统、部件等各层级需求之间的分解追溯关系
[0112]
在传动系统mbse正向设计过程中，设计任务书主要给出了传统系统的设计目标，如对挡位功能、传动能力以及应保证的机动性能等。根据这些设计目标，需要自顶向下地进行系统、分系统、部件等各层级需求分析。在进行每一层级的需求分析过程中，每一条被捕获的设计需求均应来自上一层级的某一条需求，可通过需求分解追溯关系来记录被捕获需求与其上一层级需求之间的关系。
[0113]
利用sysml工具，可以采用需求追溯矩阵或需求图建立各层级需求之间的derive关系，如图4所示。
[0114]
步骤3：自动统计用户需要、系统需求、分系统需求等分解覆盖率，并完善相关的需求和分解追溯关系
[0115]
在步骤2中，只要认为需求分析已经接近充分，即可开始统计每一层级的需求分解覆盖率。在本实施案例中，需求分析过程主要针对产品概念阶段的需求进行分析，涉及功能、性能、接口、设计约束等，而不涉及后续方案和工程等设计阶段的需求。因此，这里通过检查需求分解覆盖率，可以确认需求分析是否完全。在每一层级的需求分析过程中，均应随时检查需求分解覆盖率。只要该层级的需求分解覆盖率未达预期，即应继续完善相关的需求和分解追溯关系。
[0116]
利用sysml工具，可以采用表格工具自动统计和显示derive关系的追溯覆盖率，如图5所示。其计算逻辑如下：
[0117][0118]
步骤4：设计系统、分系统、零部件等各层级架构模型，并建立相应设计元素到需求之间的设计追溯关系
[0119]
在自顶向下进行传动系统各层级的需求分析之后，即可开启自底向上的传动系统设计和集成。最终，每一层级的需求均应被该层级的架构设计元素覆盖，以保证设计相对于需求是完备的。在传动系统设计过程中，部件的功能需求主要被设计的功能和结构元素覆盖，而性能需求和定量的设计约束主要被指标参数覆盖；在向上集成获得分系统和系统的过程中，分系统和系统的功能需求均被结构元素覆盖，而性能需求和定量的设计约束都被各自的指标参数覆盖。
[0120]
利用sysml工具，同样可以采用需求追溯矩阵或需求图建立各层级架构设计元素到需求之间的satisfy关系，如图6所示。
[0121]
步骤5：自动统计系统、分系统、零部件等各层级架构设计元素到相应需求之间的设计覆盖率，并完善相关的架构和设计追溯关系
[0122]
在步骤4中，只要认为需求设计已经接近完备，即可开始统计每一层级的需求设计覆盖率。需要注意的是，系统设计是一个自底向上进行设计集成的过程，故需要从下到上检查需求设计覆盖率。只要当前层级的需求设计覆盖率未达预期，即应继续完善该层级的架构和设计追溯关系，之后再继续向上进行设计集成。
[0123]
利用sysml工具，同样可以采用表格工具自动统计和显示satisfy关系的追溯覆盖率，如图7所示。其计算逻辑如下：
[0124][0125]
步骤6：设计系统、分系统、零部件等各层级的测试用例，并建立相应测试用例到需求之间的测试追溯关系
[0126]
传动系统的测试包括部件测试、集成测试、系统测试和确认测试。其中，部件测试在部件的结构设计和校核过程中已经完成，主要进行分系统集成测试、系统测试和确认测试。不同需求类型的测试方法也不尽相同，本实施案例针对传动系统的功能需求和性能需求，设计相应的测试用例，并建立测试用例与其测试的需求之间的测试追溯关系。
[0127]
利用sysml工具，同样可以采用需求追溯矩阵或需求图建立各层级架构设计元素到需求之间的verify关系，如图8所示。
[0128]
步骤7：自动统计系统、分系统、零部件等各层级测试用例到相应需求之间的测试覆盖率，并完善相关的测试用例和测试追溯关系
[0129]
与传动系统需求设计集成一样，传动系统测试也是采用自底向上的顺序。不同的是，测试用例的设计依据主要是需求，只要各层级的需求已经确定，各层级的测试工程师即可同步进行测试用例的设计，并独立检查自己设计的测试用例是否覆盖该层级的所有需求。当某一层级需求的测试覆盖率未达预期时，则应该补充或者优化该层级的测试用例。
[0130]
利用sysml工具，同样可以采用表格工具自动统计和显示verify关系的追溯覆盖率，如图9所示。其计算逻辑如下：
[0131][0132]
步骤8：针对需求分析、架构设计、测试验证等流程，利用模型追溯显示工具，分别建立需求分解、设计、测试等追溯显示图
[0133]
通过前面所述步骤，即可建立传动系统需求分析、架构设计和测试验证流程中的需求、架构和测试用例之间的完整追溯关系。为了完整地展示相应的追溯过程，可利用sysml工具分别建立需求分解、设计、测试等追溯map图。这些map图可以调整追溯显示的范围和大小，成为查看和定位具体追溯关系的有效工具。
[0134]
图10给出了传动系统的需求分解追溯map图(局部)，显示了系统需求到分系统需求的分解追溯过程。类似地，也可以建立需求设计和测试追溯map图，分别显示每一层级需求与架构和测试用例之间的追溯关系。
[0135]
综上所述，本发明提出的方法基于mbse解决了复杂产品正向设计过程中数据一致性难以保证和设计元素难以追溯的缺点，能够清晰的维护需求分解、设计、测试等模型元素之间关系的一致性，并检查各个流程的需求覆盖度。
[0136]
综上，本发明属于计算机仿真与建模技术领域，具体涉及一种基于mbse的需求追
溯及覆盖度检查方法，其包括：定义需求分解、需求设计、需求测试等追溯规范和元模型；建立用户需要到系统、分系统、部件等各层级需求之间的分解追溯关系；自动统计用户需要、系统需求、分系统需求等分解覆盖率，并完善相关的需求和分解追溯关系；设计系统、分系统、零部件等各层级架构模型，并建立相应设计元素到需求之间的设计追溯关系；自动统计系统、分系统、零部件等各层级架构设计元素到相应需求之间的设计覆盖率，并完善相关的架构和设计追溯关系；设计系统、分系统、零部件等各层级的测试用例，并建立相应测试用例到需求之间的测试追溯关系；自动统计系统、分系统、零部件等各层级测试用例到相应需求之间的测试覆盖率，并完善相关的测试用例和测试追溯关系；针对需求分析、架构设计、测试验证等流程，利用模型追溯显示工具，分别建立需求分解、设计、测试等追溯显示图。本发明采用mbse工具，围绕复杂产品正向设计过程，提出了一种基于模型的需求追溯及覆盖度检查方法，涵盖功能需求、性能需求、接口需求、设计约束等，实现复杂产品需求分解、设计、测试等数据一致性和追溯，将需求分析、架构设计和测试验证等核心流程中产生的各结构层级的模型元素有机地联系起来，自动统计各层级需求的分解覆盖率、设计覆盖率和测试覆盖率，提高了需求变更及影响分析效率。
[0137]
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各系统层级的需求分解、设计、测试追溯等都是可以有所变化的，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。