Research on Preliminary Application of MBSE in Nuclear Power Design
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摘要: 为应对逐渐增多的用户需求给“需求满足型”的逆向设计带来的挑战，将基于模型的系统工程应用于“安全注入系统”架构设计，设计过程包括需求分析、功能分析和设计综合。通过需求分析过程的时序图和需求图获取系统需求，并建立需求间追踪关系，便于需求变更影响性分析；通过功能分析的活动图、状态图和时序图实现系统功能架构设计及早期验证与确认；通过设计综合过程的权衡分析优选关键功能备选方案，并借助块定义图展示系统架构模型和动态运行过程，确保所设计的系统满足利益攸关者期望。应用结果表明，基于模型的系统工程（MBSE）适用于现有核电设计，可有效改善传统设计中存在的问题。
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关键词:
- 基于模型的系统工程（MBSE） /
- 需求分析 /
- 功能分析 /
- 架构设计 /
- 正向设计
Abstract: In order to deal with the challenges brought by the increasing user requirements to the “requirements-satisfying” backward design, in this paper, the model based system engineering is applied to the architecture design of “safety injection system”. The design process includes requirement analysis, function analysis and design synthesis: the system requirements are obtained through the sequence diagram and requirement diagram of the requirement analysis process, and the tracking relationship between the requirements is established to facilitate the impact analysis of requirement changes. The system function architecture design and early verification and confirmation are realized through the activity diagram, state diagram and sequence diagram of the function analysis. Through the trade-off analysis of the design synthesis process, the key function alternatives are selected, and the system architecture model and dynamic operation process are displayed with the help of block definition diagram to ensure that the designed system meets the expectations of stakeholders. The application results show that model-based systems engineering (MBSE) is suitable for the existing nuclear power design and can effectively improve the problems existing in the traditional design. -
图 1 安全注入系统时序图
RPR—反应堆保护系统；RCS—反应堆冷却剂系统
Figure 1. Sequence Diagram of Safety Injection System
图 5 安全注入系统时序图的对比
绿色线条—一致的需求；蓝色线条—丢失的需求；红色线条—不一致的需求
Figure 5. Comparison of Sequence Diagrams of Safety Injection System
表 2 执行系统关键功能、需求及架构备选方案
Table 2. Performing System Key Functions, Requirements and Architecture Alternatives
关键功能 需求 备选方案 执行安全注入 执行系统在一回路发生小破口时，可以小流量注入 一台高压泵
一台高压泵，一台低压泵
一台高压泵，一个非能动安注箱
一台高压泵，一台低压泵，一个非能动安注箱执行系统在一回路发生大破口时，可以大流量注入 执行系统可以实现长期循环注入 执行系统在发生未能停堆的预期瞬态时，可以实现安全注入 执行系统满足多重性、冗余性、多样性等要求 吸水/硼水 执行系统吸水/硼水的方式设置应便于安装、维护和使用 设置一个硼水箱和（已有）换料水箱
设置一个大型硼水箱
设置大型非能动安注水箱
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表 3 执行安全注入功能架构备选方案权衡分析
Table 3. Trade-off Analysis of Architecture Alternatives for Performing Safety Injection Function
备选方案 评价准则（权重因子） 总加权
分数经济性
（0.2）技术成熟
度（0.4）可靠性
（0.4）一台高压泵 8 4 2 4.0 一台高压泵，一台低压泵 6 9 6 7.2 一台高压泵，一台非能动安注箱 8 6 4 5.6 一台高压泵，一台低压泵，一个非能动安注箱 4 9 10 8.4
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表 4 吸水/硼水功能架构备选方案权衡分析
Table 4. Trade-off Analysis of Water Absorption/Boron Water Functional Architecture Alternatives
备选方案 评价准则（权重因子） 总加权
分数经济性（0.3） 可操作性（0.4） 可维修性（0.3） 一个硼水箱和（已有）换料水箱 6 9 9 8.1 一个大型硼水箱 4 6 6 5.4 一个大型非能动安注箱 10 4 4 5.8
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