MBSE 基于模型的系统工程

MBSE 基于模型的系统工程

系统工程是一种多学科和整体的方法，为复杂的工程问题开发解决方案。系统复杂性的持续增加要求更严格和形式化的系统工程实践。为了响应这一需求，随着计算机技术的进步，系统工程的实践正在经历从基于文件的方法到基于模型的方法的根本转变。国际系统工程学会(INCOSE)定义MBSE为：“对建模的形式化应用，用来支持系统的需求、设计、分析、验证与确认等活动，这种活动从系统概念设计阶段开始并贯穿系统开发及之后的生命周期。” 相比传统系统工程，MBSE利用模型描述系统，从而高度发挥模型优势，增加了系统全周期信息表述的一致性，增强了系统功能性能的先期验证和多学科协同优化设计能力。在基于模型的方法中，核心从生成和控制关于系统的文档转移到生成和控制系统的一致模型。基于模型的系统工程(MBSE)可以帮助管理复杂性，同时提高设计质量和周期时间，增强不同开发团队之间的沟通，并促进知识获取和设计演进。

DS基于3DE平台的MBSE解决方案：1)支持多尺度的系统建模，从上层的体系（SoS）到赛博物理系统(Cyber Physical System)再到下层的电子电气层(EEA，包括嵌入式软件设计开发);2)数据的连续性，通过R-F-L-P数据框架支持系统研发流程,在协作领域涵盖了项目管理、变体管理、构型管理(领域称为配置管理)和追溯管理等，整体上构筑了针对复杂产品开发的端到端的闭环解决方案;3)开放性：对行业标准的支持以及工具具有的开放性，在技术开放性、平台兼容性、标准循规和生态环境塑造上日臻完善。达索系统3DE MBSE解决方案是一个系统工程能力矩阵，更是一个协作平台。

DS 基于3DE平台的MBSE的特点：

支持不同层级需求规范的结构化管理、版本管理和变更管理等；
体系层，遵循UAF标准，考虑运营使用场景，进行场景分析和仿真；
系统层，遵循SysML标准，通过建立系统模型进行需求分析、功能分析、系统架构设计仿真、权衡分析和多学科的联合仿真等系统设计活动；
电子电气层，进行电子电气架构设计；
嵌入式软件设计，遵循UML标准，进行软件设计仿真和代码生成；
功能稳定方面，遵循法规进行功能分析和计算；
建立全生命周期需求追溯管理，需求–设计–仿真–验证的闭环，进行需求覆盖率和影响分析；
支持OSLC,FMI,ReqIF等标准

构建基于模型的系统工程体系涉及到产品的需求R、功能F、逻辑L、物理P四方面的工程信息，极大限度地减少了整体产品的复杂性，实现：

强大能力展现复杂系统（系统的系统）；
深入理解每个系统的场景和行为；
完整把控接口完整性；
提高可追溯性和变更管理。

01 需求管理与结构化

需求是客户和产品研发人员之间沟通的主要途径，涉及到需要、要求、总体指标、技术指标、技术要求、技术参数等要素。需求管理的根本目的就是要把需求工程化，让需求去指导产品的工程开发。

需求的结构化是按照产品需求进行分析分解为不同的分系统、零件设备定义任务书，分配技术指针，定义交换接口规范，而后进行系统的整合测试，以满足各种指标的要求。

图1 需求结构化与需求工程

02 横跨多方的系统开发流程

系统工程解决方案整合了开发复杂物理产品所需的建模、模拟仿真、验证和业务流程，使组织能够快速轻松地评估更改请求或者开发新产品或系统，利用基于性能的统一系统工程方法来减少系统和产品开发总成本。

基于模型的系统工程 MBSE可以实现：

需求管理流程
功能分析与系统架构设计
系统仿真仿真与优化
系统整合与验证

图2 跨专业的系统开发流程

03 功能&逻辑架构设计

智能稳定系统是一个新增的系统，依据在前期需求层中确立的方案，在功能&逻辑层面继续细化。该子系统是在挖掘机项目中采用RFLP方法并行设计的。这意味着所有确保机器稳定性的强制性要求都已被分析、分组并与功能联系起来，以便在不考虑现有技术解决方案的情况下研究几种可能性。这种功能分析能够定义组成系统的部件的详尽列表。选择的技术解决方案在逻辑视图中进行了描述。