最近幾年，系統(tǒng)工程的概念越來越火熱。其中MBSE是目前最受大家推崇的，也可以說是最時髦的。

國外把基于MBSE視為系統(tǒng)工程的“革命”、“系統(tǒng)工程的未來”、“系統(tǒng)工程的轉(zhuǎn)型”等。國內(nèi)的很多大型組織也已經(jīng)在開展了相關(guān)研究和應(yīng)用了。其中，包括大飛機(jī)和汽車等復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

MBSE下，工程研制工作由過去的“80%勞動、20%創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變?yōu)椤?0%勞動、80%創(chuàng)造”。

本次我們整理了《基于模型的系統(tǒng)工程》的三個PDF、視頻、音頻，以饗讀者。

 

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PDF：借助基于模型的系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)虛擬飛機(jī)集成

 

飛機(jī)在相對較短的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了飛躍式發(fā)展，而飛機(jī)開發(fā)流程大體上也與之同步。但是，新設(shè)計(jì)導(dǎo)致開發(fā)流程的復(fù)雜性不斷增加，令工程師和原始設(shè)備制造商們深感困惑：如何在處理好外部壓力的同時實(shí)現(xiàn)新設(shè)計(jì)呢？和汽車工業(yè)一樣，航空航天工業(yè)也面臨著來自四面八方的壓力，如監(jiān)管當(dāng)局不斷提高的環(huán)保要求，乘客不斷增加的連接性需求，以及科技公司集成未來飛機(jī)軟件的競爭勢頭。更糟糕的是，所有這些問題彼此交錯、互為關(guān)聯(lián)，孤島式方法已然不再行之有效。

對于大部分創(chuàng)新型企業(yè)而言，這并非一件壞事，而是其充分發(fā)揮復(fù)雜性的潛能并以更快的速度交付未來飛機(jī)的大好機(jī)遇。但這意味著他們需要基于模型的系統(tǒng)工程方法、恰如其分的規(guī)劃和完整的數(shù)字化雙胞胎，以處理來自模型、虛擬測試結(jié)果和供應(yīng)商的海量數(shù)據(jù)。要實(shí)現(xiàn)飛機(jī)最優(yōu)化，單純對系統(tǒng)的某個參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的全面優(yōu)化。這是航空業(yè)慣常所用之傳統(tǒng)的基于文檔的系統(tǒng)工程方法力所不能及的。

在系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)工程級別，可擴(kuò)展多域工程工具和仿真解決方案可幫助實(shí)施基于模型的設(shè)計(jì)方法，并捕獲從組件級別到飛機(jī)系統(tǒng)級別的飛機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜性。系統(tǒng)工程的關(guān)鍵在于理解正常運(yùn)行和邊緣情況下不同物理現(xiàn)象之間的相互關(guān)系。現(xiàn)如今，隨著機(jī)載電氣和電子系統(tǒng)不斷增加，充分理解這些系統(tǒng)與其周圍環(huán)境之間的交互關(guān)系至關(guān)重要。干擾對臺式計(jì)算機(jī)而言可能只是需要處理掉的麻煩，但在升空的飛機(jī)上卻可能造成非常嚴(yán)重的后果。

隨著飛機(jī)設(shè)計(jì)日益從傳統(tǒng)向未來派的四旋翼城市空中交通飛行器和飛翼轉(zhuǎn)變，了解新設(shè)計(jì)的飛行動力特性至關(guān)重要。虛擬鐵鳥和硬件在環(huán)等技術(shù)可令工程師們?nèi)缁⑻硪怼粌H因其限制了對成本高昂之風(fēng)洞試驗(yàn)的依賴，同時還能在開發(fā)周期中及早獲得結(jié)果。直到現(xiàn)在，虛擬飛機(jī)集成的全部價(jià)值才開始漸次顯現(xiàn)。

電力推進(jìn)系統(tǒng)是此前推動航空航天企業(yè)轉(zhuǎn)向更加復(fù)雜之設(shè)計(jì)空間的重大趨勢。但蓄電池的質(zhì)量能量密度仍不及石油燃料和內(nèi)燃機(jī)。在推進(jìn)、承載能力和飛機(jī)重量之間達(dá)成平衡，除了需要解決如何實(shí)施不同子系統(tǒng)的大量復(fù)雜問題之外，還需要不同的工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)緊密集成。

此過程可能會遭遇不少阻礙，但航空航天業(yè)的發(fā)展之路向來挑戰(zhàn)重重。值得慶幸的是，已經(jīng)存在這方面的工具，能夠幫助航空航天業(yè)向基于模型的系統(tǒng)工程方法轉(zhuǎn)變；工程師們可以利用這些工具表示飛機(jī)中的所有物理場，包括結(jié)構(gòu)、機(jī)械、流體、電氣和熱等，并對它們之間的動態(tài)交互進(jìn)行模擬仿真。這些工具能夠滿足組件級別到系統(tǒng)級別的需求，并且可以集成到PLM流程中。不僅如此，此方法還可隨著項(xiàng)目進(jìn)展而不斷演進(jìn)，并利用軟件對所產(chǎn)生的失調(diào)情況進(jìn)行控制。有關(guān)飛機(jī)系統(tǒng)虛擬集成的更多詳情，請參閱相關(guān)白皮書。

視頻：借助基于模型的系統(tǒng)工程擁抱航空航天行業(yè)的數(shù)字工程革命

 

安全與創(chuàng)新一直是航空航天工業(yè)的標(biāo)志性特征，但二者所占分量卻非始終一致。在動力飛行的早期階段，主管當(dāng)局通過了1926年《商業(yè)航空法案》，旨在降低當(dāng)時甚高的航空事故發(fā)生率。石油危機(jī)爆發(fā)后，整個航空航天行業(yè)因投資不足而幾近癱瘓，創(chuàng)新之勢因而偃旗息鼓。航空航天業(yè)要想取得蓬勃發(fā)展，安全與創(chuàng)新必需齊頭并進(jìn)。

在航天領(lǐng)域，人們通過一種新方法，安全實(shí)施航天器的新興技術(shù)，即基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）方法。此方法徹底改變了航天業(yè)的游戲規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了高度集成系統(tǒng)開發(fā)，不僅讓宇航員成功登上月球，同時也讓乘客能夠以更快的速度飛抵大西洋彼岸。數(shù)十年來，這一方法始終成效卓著，很多企業(yè)在此流程基礎(chǔ)上擴(kuò)展至數(shù)字世界，高效處理設(shè)計(jì)和圖紙。但是，隨著安全和創(chuàng)新的定義開始發(fā)生變化，傳統(tǒng)MBSE方法的有效性日漸式微。

全新的行業(yè)

如今的航空航天創(chuàng)新并不是簡單地對系統(tǒng)進(jìn)行漸進(jìn)式改善或優(yōu)化引擎以獲得更大的推力，而是徹底重塑飛機(jī)當(dāng)前的面貌以及傳統(tǒng)觀念認(rèn)為飛機(jī)應(yīng)該呈現(xiàn)的面貌——全新的推進(jìn)系統(tǒng)、全新的外形以及新型電子設(shè)備和軟件的應(yīng)用。與汽車行業(yè)所經(jīng)歷的自動駕駛和電氣化變革相仿，這一轉(zhuǎn)變正促使制造企業(yè)對其驗(yàn)證方式進(jìn)行重新評估。如何測試軟件系統(tǒng)的安全性？如何防止不同電氣系統(tǒng)相互干擾？如何將這些系統(tǒng)與飛機(jī)上的大量機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行連接？

與此同時，安全設(shè)計(jì)的范圍也不斷擴(kuò)大，超越乘客、全體機(jī)務(wù)人員及地面工作人員。新的安全設(shè)計(jì)還包括地球環(huán)境的健康狀況。無論是出于監(jiān)管合規(guī)還是保持正面公眾形象的需要，飛機(jī)變得越來越環(huán)保，進(jìn)一步加劇了創(chuàng)新壓力。電動引擎需要儲能媒介，而蓄電池的能量密度遠(yuǎn)低于航空燃油，因此飛機(jī)設(shè)計(jì)必須更輕，且不得損害強(qiáng)度。在新型推進(jìn)系統(tǒng)成為主流應(yīng)用之前，即使是作為權(quán)宜之計(jì)的解決方案也必須實(shí)現(xiàn)重量方面的改進(jìn)——以降低燃油消耗量，無論是出于成本考慮，抑或是迫于監(jiān)管壓力。

全新的工具集

對于航空航天工業(yè)而言，這并不預(yù)示著其終結(jié)，而是其推動進(jìn)一步創(chuàng)新的潛在機(jī)遇，尋求新的推進(jìn)方法、飛機(jī)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)架構(gòu)，以大幅降低排放。而且，這對航空航天工業(yè)而言并非是從未遇到過的新問題，在創(chuàng)新和安全之間尋求平衡一直是行業(yè)常態(tài)。現(xiàn)在，已經(jīng)存在這方面的工具，能夠以比以往更快的速度實(shí)現(xiàn)平衡——即數(shù)字化開發(fā)和基于模型的系統(tǒng)工程方法。基于文檔的傳統(tǒng)開發(fā)方法已不再行之有效，因?yàn)橄到y(tǒng)的復(fù)雜性大幅提高，若不實(shí)現(xiàn)數(shù)字工程，將需要更長的開發(fā)周期。

本次研討會由FlightGlobal的Murdo Morrison擔(dān)綱主持，特邀三位行業(yè)專家探討航空航天工業(yè)的此次變革。Siemens Digital Industries Software航空航天和國防行業(yè)副總裁戴爾·塔特（Dale Tutt）、來自BAE系統(tǒng)公司的安迪·斯科菲爾德（Andy Schofield）和來自波音的保羅·尼瓦爾德（Paul Niewald）將共同探討使用系統(tǒng)建模功能統(tǒng)籌規(guī)劃項(xiàng)目的歷史。三位專家就通過文檔為中心的方法難以與數(shù)百家第三方供應(yīng)商合作共建高度集成系統(tǒng)以及未來開發(fā)需要跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)緊密協(xié)同以更快的速度打造最優(yōu)產(chǎn)品等難題展開了討論。

音頻：探索超音速飛機(jī)設(shè)計(jì)中基于模型的系統(tǒng)工程

 

自協(xié)和式飛機(jī)于2003年停止運(yùn)營以來，超音速飛機(jī)的發(fā)展之路歷經(jīng)坎坷崎嶇，鮮有商用超音速飛機(jī)成功升空。由于飛行次數(shù)有限，因而極難向監(jiān)管當(dāng)局證明航空事故的發(fā)生率。自協(xié)和式飛機(jī)隕落以來，多家公司躍躍欲試，立志取而代之，包括Aerion Supersonic。但是，協(xié)和式飛機(jī)的實(shí)例表明，傳統(tǒng)飛機(jī)開發(fā)過程已然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠——基于模型的系統(tǒng)工程與完整數(shù)字化雙胞胎的組合才是解決之道。

觀看網(wǎng)絡(luò)研討會回放視頻，聆聽Siemens Digital Industries Software航空航天和國防行業(yè)副總裁戴爾·塔特（Dale Tutt）與Enterprise Systems首席信息官兼執(zhí)行副總裁比塞爾·史密斯（Bissell Smith）就基于模型的系統(tǒng)工程與數(shù)字化雙胞胎如何加快飛機(jī)設(shè)計(jì)過程展開深入討論。不過，在此我們將帶您一覽本次研討會的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容。

如果真有傳統(tǒng)飛機(jī)設(shè)計(jì)這一說法的話，其開發(fā)環(huán)境也非常復(fù)雜，涉及全球范圍內(nèi)的多家供應(yīng)商；而超音速飛機(jī)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性更勝一籌，因?yàn)榭捎脕磉M(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證的飛行時間更短，同時所需面對的環(huán)境條件卻更為苛刻。這通常會導(dǎo)致項(xiàng)目延誤和進(jìn)度重排，但通過基于模型的系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)全集成開發(fā)之后，您便可以將此納入從初步概念到持續(xù)維護(hù)階段的整個項(xiàng)目計(jì)劃表中。

除了借助于通過數(shù)字化雙胞胎實(shí)現(xiàn)互連式開發(fā)流程之外，Aerion幾乎在流程的每一階段都會用到仿真功能，形式不拘一格，從驗(yàn)證單個零部件的可行性到讓飛機(jī)在完全虛擬的環(huán)境下飛行等。仿真活動甚至擴(kuò)展至人與系統(tǒng)的交互方式。由于當(dāng)前的飛機(jī)仍處于早期開發(fā)階段，因而目前尚局限于駕駛艙的人體工程學(xué)測試。但是未來，Aerion計(jì)劃將此擴(kuò)展至生產(chǎn)階段，進(jìn)行制造車間規(guī)劃，并將之應(yīng)用于新飛機(jī)研發(fā)。

無論在飛機(jī)中執(zhí)行何種仿真或設(shè)計(jì)，最終都需要將之與數(shù)字化雙胞胎進(jìn)行關(guān)聯(lián)。超音速飛機(jī)的再度崛起將打開全新的市場，監(jiān)管當(dāng)局必需知曉飛機(jī)的具體設(shè)計(jì)方式，方能進(jìn)行適航性審定。如果發(fā)生事故，他們還需知道問題的源頭——是軟件、硬件供應(yīng)商抑或是人為錯誤？基于這一可追溯性，Aerion能夠更輕松地對設(shè)計(jì)加以改進(jìn)。隨著飛行時間的增加，飛行數(shù)據(jù)池也將不斷擴(kuò)大，進(jìn)一步優(yōu)化仿真功能，及早執(zhí)行驗(yàn)證工作。

Aerion Supersonic的成功案例引人入勝，短短幾段文字不足以盡述其妙。如果您對Aerion或其在Siemens Digital Industries Software的幫助下實(shí)施基于模型的系統(tǒng)工程方法的實(shí)踐感興趣，可閱讀其客戶案例或聆聽播客——建造一架超音速飛機(jī)需要什么。

 

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