MBSE技術(shù)從理論到實踐，逐漸在一些企業(yè)得到應(yīng)用，在國內(nèi)掀起了一股熱潮。究竟MBSE是什么，如何學(xué)習(xí)和應(yīng)用，本文做了一個入門的簡單介紹。在文章最后，列出了作者學(xué)習(xí)MBSE技術(shù)中接觸到的一些參考資料，推薦給讀者，希望對大家學(xué)習(xí)MBSE技術(shù)有用。 

目錄

1.MBSE是什么？

2.MBSE有什么用？

3.MBSE的方法有哪些？

4.MBSE怎么學(xué)習(xí)?

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1.MBSE是什么？

    “MBSE”是“基于模型的系統(tǒng)工程”的英文“Model-Based Systems Engineering”的首字母縮寫。從字面意思能看出MBSE這個概念有三個核心的概念“系統(tǒng)”、“系統(tǒng)工程”、“基于模型”。我們從“國際系統(tǒng)工程協(xié)會”（INCOSE）的出版物“系統(tǒng)工程手冊”中摘錄上面三個概念的定義如下：

    “系統(tǒng)”（System）：系統(tǒng)是相互作用的多個部分組成的為完成特定目的的一個整體。從這個基本概念看，這個世界上很多東西都可以稱為“系統(tǒng)”。但是工程技術(shù)人員的研究領(lǐng)域中，這個“系統(tǒng)”主要是指軟、硬件組成的產(chǎn)品、平臺等。這個“系統(tǒng)”也包括其中的流程、人員、信息、技術(shù)和設(shè)施等。至于純“人”的社會系統(tǒng)則不是這個技術(shù)研究的范圍。

    “系統(tǒng)工程”（SE，Systems Engineering）：系統(tǒng)工程是一種使系統(tǒng)能夠成功實現(xiàn)的跨學(xué)科的方法和手段。“系統(tǒng)工程”工作包括：在“系統(tǒng)”開發(fā)周期的早期階段定義客戶需求及功能，并文檔化。然后進(jìn)行設(shè)計綜合和系統(tǒng)確認(rèn)。同時考慮整個系統(tǒng)各方面的問題，包括系統(tǒng)運行、成本、進(jìn)度、性能、培訓(xùn)、支持、試驗、制造和銷毀等。這里的“系統(tǒng)工程”簡單說指的是產(chǎn)品研發(fā)過程的技術(shù)方法。

    “基于模型的系統(tǒng)工程”（MBSE）：“支持以概念設(shè)計階段開始，并持續(xù)貫穿于開發(fā)和后期的生命周期階段的系統(tǒng)需求、設(shè)計、分析、驗證和確認(rèn)活動的正規(guī)化建模應(yīng)用。”用通俗一點語言解釋的話，MBSE就是開發(fā)一個產(chǎn)品、平臺的時候，把產(chǎn)品、平臺研發(fā)中涉及到的各個方面用“計算機(jī)數(shù)據(jù)模型”方式建立起來，形成一個統(tǒng)一的“系統(tǒng)模型”。

2.MBSE有什么用？

    MBSE有什么用，也就是建立那個統(tǒng)一的計算機(jī)數(shù)據(jù)化的“系統(tǒng)模型”有啥用？

    在沒有使用MBSE技術(shù)之前，“系統(tǒng)工程”工作成果就是一堆的“文檔”。這些文檔也是電子化的，只不過它們都是“非結(jié)構(gòu)化”的數(shù)據(jù)，不能稱為“模型”數(shù)據(jù)。相比“基于文檔的系統(tǒng)工程”方法，MBSE方法具有很多優(yōu)勢。

    在INCOSE 的《系統(tǒng)工程手冊》中，總結(jié)了以下幾點MBSE的好處：

（1）改善了開發(fā)系統(tǒng)的利益相關(guān)者（客戶、項目管理人員、系統(tǒng)工程師、軟硬件工程師、測試人員和各專業(yè)工程學(xué)科的人員）之間的溝通。

    因為MBSE是基于標(biāo)準(zhǔn)的建模語言建立的規(guī)范化說明，相當(dāng)于大家交流的語言是統(tǒng)一的。而基于自然語言的“文檔”容易在不同專業(yè)的人員之間產(chǎn)生歧義。而且MBSE的這個“模型化說明”在各類專業(yè)人員之間傳遞時候是可以通過計算機(jī)軟件轉(zhuǎn)換為各自專業(yè)的語言、數(shù)據(jù)，而自然語言是很難實現(xiàn)這個轉(zhuǎn)換的。但是，這要求大家要新學(xué)習(xí)一門通用的“系統(tǒng)建模語言”。如果大家都不懂這門語言的話，只會產(chǎn)生和上面的觀點相反的結(jié)果。

（2）通過使系統(tǒng)模型能夠被從多個側(cè)面進(jìn)行觀察，以及提供變更影響分析的能力， 提高了管理復(fù)雜系統(tǒng)的能力。

這個是說系統(tǒng)的同一套數(shù)據(jù)模型，可以從不同的專業(yè)角度進(jìn)行瀏覽和分析。而且由于系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)之間有相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，如果那個地方更改，可以通過關(guān)系查詢到所有影響到的地方。這個對于非結(jié)構(gòu)化的文檔來說，是做不到，或者很麻煩。即使文檔也能提供從各個專業(yè)角度的說明，但是這些文檔數(shù)據(jù)之間沒有關(guān)聯(lián)，可以說是基于各自多套數(shù)據(jù)來源的，而不是唯一的一套數(shù)據(jù)模型。這個觀點也是在說“MBSE提高了開發(fā)復(fù)雜系統(tǒng)的能力”。

（3）通過提供可評估一致性、正確性和完善性的無歧義的且精確的系統(tǒng)模型，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

產(chǎn)品的質(zhì)量問題有很多是設(shè)計問題，而這些設(shè)計問題并不簡簡單單是設(shè)計人員的水平問題、責(zé)任心問題，而更多是復(fù)雜過程本身不可避免的會出現(xiàn)的質(zhì)量問題。想讓所有人不犯錯是不可能的，而只能是通過技術(shù)手段使人少犯錯。MBSE是一種使人少犯錯的技術(shù)手段，因為MBSE建立的模型可以通過計算機(jī)軟件自動的檢查錯誤。相比之下傳統(tǒng)的文檔容易隱藏錯誤，一個筆誤可能造成嚴(yán)重?fù)p失。

（4）通過以更加標(biāo)準(zhǔn)化的方式捕獲信息并高效地利用模型驅(qū)動方法固有的內(nèi)置抽象機(jī)制，增強知識捕獲及信息的復(fù)用。這會導(dǎo)致縮短開發(fā)周期和更低的維護(hù)成本，以改進(jìn)設(shè)計。

這個觀點是說系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)更容易復(fù)用，比文檔手段的“復(fù)制、粘貼、替換”文本效率要高。模型數(shù)據(jù)的復(fù)用，可以采取“引用”方式。而且可以建立共用的模型庫，提高知識的復(fù)用率。

（5）通過提供概念清晰且無歧義的表達(dá)，提升教授與學(xué)習(xí)系統(tǒng)工程基本原理的能力。學(xué)會了MBSE，就掌握了系統(tǒng)工程的方法。

3.MBSE的方法有哪些？

    在系統(tǒng)工程技術(shù)結(jié)合計算機(jī)信息技術(shù)發(fā)展的過程中，其實有多種技術(shù)方向在發(fā)展。這些技術(shù)途徑都可以稱為MBSE。這其中主要的方法有6種：INCOSE（就是前面說的那個國際系統(tǒng)工程協(xié)會）的面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)工程方法（OOSEM）方法、IBM的Rational Telelogic Harmony-SE、IBM的RUP系統(tǒng)工程方法、Vitech MBSE方法論、JPL狀態(tài)分析（SA）方法和Dori的對象過程方法（OPM）。

    另外，隨著MBSE建模軟件的不斷發(fā)展，達(dá)索 NoMagic和IBM兩大公司也都在不斷改進(jìn)MBSE的方法論。其中NoMagic主推的"Magic Grid"方法具有很大的影響，NASA的項目也都應(yīng)用這個方法。在國產(chǎn)化MBSE建模軟件"智睿思維基于模型的系統(tǒng)工程軟件"MBSES中也可以應(yīng)用這種方法（請關(guān)注智"睿思維MBSE"，將會有一篇詳細(xì)介紹MagicGrid方法的文章發(fā)布）。IBM增加了“敏捷MBSE”（aMBSE）方法，這個方法詳細(xì)說明，參見《敏捷系統(tǒng)工程》這本樹有詳細(xì)的說明。

3.1 OOSEM方法

    OOSEM是一種自頂向下、場景驅(qū)動建模過程，它使用SysML（系統(tǒng)建模語言，Systems Modeling Language）語言作為建模語言，支持系統(tǒng)的分析、定義、設(shè)計、和驗證。該過程使用面向?qū)ο蟮母拍詈推渌７椒▉順?gòu)建靈活和可擴(kuò)展的系統(tǒng)，使其能夠適應(yīng)技術(shù)的不斷進(jìn)化和需求的變更。

OOSEM過程的主要活動包括：

（1） 分析利益相關(guān)者的需求。這個工作簡單說就是分析使用產(chǎn)品的用戶的需求，就是用戶最初始的想法是啥，想怎么用這個產(chǎn)品、需要產(chǎn)品有那些功能。了解用戶當(dāng)前情況是什么、有什么局限，未來可以有哪些提升。

（2） 分析系統(tǒng)需求。簡單說就是產(chǎn)品本身應(yīng)該提供那些功能，用戶是如何使用產(chǎn)品的。在這個過程中要推導(dǎo)出產(chǎn)品的功能需求、接口需求、數(shù)據(jù)需求和性能需求。

（3） 定義邏輯架構(gòu)。先將系統(tǒng)分解為多個邏輯組件，這些邏輯組件是暫且虛擬的一個部件，它能夠滿足產(chǎn)品的各項需求。但是具體用什么硬件或軟件的方案來實現(xiàn)它，在下一步的物理架構(gòu)設(shè)計中實現(xiàn)。將系統(tǒng)方案分為邏輯架構(gòu)和物理架構(gòu)兩個層級，有利于減少需求和技術(shù)變化對設(shè)計的影響。

（4） 綜合候選的物理架構(gòu)。可能建立幾個和邏輯元素相對應(yīng)的物理架構(gòu)，以進(jìn)行對比分析，確定哪一個最合適。物理架構(gòu)的元素是具體產(chǎn)品部件，包括軟件和硬件。前面邏輯架構(gòu)中的功能，有些是可以用軟件來實現(xiàn)，也可以用硬件來實現(xiàn)，或者用不同型號規(guī)格的硬件來實現(xiàn)。

（5） 優(yōu)化并評價備選方案。對上述備選的物理架構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)選，利用模型的數(shù)據(jù)，進(jìn)行性能、可靠性、生命周期成本、人員和其它專業(yè)工程相關(guān)的模型參數(shù)的分析，對備選方案進(jìn)行優(yōu)化，確定一個最終的方案。

（6） 管理需求的可追蹤性。為保證需求、架構(gòu)、設(shè)計、分析與驗證元素之間的可追蹤性，系統(tǒng)模型應(yīng)該始終保持需求和其它元素的關(guān)系。設(shè)計過程就是一個不斷填補空白需求的實現(xiàn)過程。當(dāng)需求變動時，利用建立的需求實現(xiàn)關(guān)系，追蹤和評估需求變更對系統(tǒng)設(shè)計、分析和驗證元素的影響，并及時更改系統(tǒng)方案，使其和需求保持一致。

（7） 確認(rèn)和驗證系統(tǒng)。該活動驗證系統(tǒng)設(shè)計滿足其需求，并確認(rèn)哪些需求滿足利益相關(guān)者的需求。開發(fā)驗證計劃、程序和方法。

OOSEM的活動過程，用SysML的活動圖，可以表示如下：

 3.2 Harmony-SE

    Harmony-SE本來是開發(fā)嵌入式軟件的系統(tǒng)工程方法，逐漸成為通用的MBSE方法。這個方法的詳細(xì)說明，可以參考《基于模型的系統(tǒng)工程最佳實踐》這本書，是經(jīng)典的Harmony-SE方法論說明。這里簡單給出這種方法的流程圖如下：

Harmony SE的V型開發(fā)流程：

Harmony SE方法過程：

  3.3 MagicGrid方法

MagicGid方法將MBSE過程各階段工作流程放在一個表格中，這個表格典型內(nèi)容如下圖所示：

 在這個表格中，采取從左到右、從上到下的順序逐步開展MBSE的工作。通過建立各階段的模型之間的關(guān)系，可以統(tǒng)計需求覆蓋情況，以及追蹤模型變動的影響。

4.MBSE怎么學(xué)習(xí)？

    MBSE技術(shù)已經(jīng)成為系統(tǒng)工程師必須掌握的基本知識。有些單位甚至要求設(shè)計師持證上崗。至于怎么學(xué)習(xí)MBSE技術(shù)，最簡單的方法，那就是找一個軟件來直接上手使用。結(jié)合自己的產(chǎn)品，一邊用、一邊學(xué)。

    如果您想系統(tǒng)了解一些MBSE、SysML建模的相關(guān)知識，下面列舉了國內(nèi)可以買得到或可以獲取的書籍和技術(shù)資料。

（1）《SysML精粹》，（美）Lenny Delligatti著，侯伯薇、朱艷蘭譯，機(jī)械工業(yè)出版社。

這本書是講述MBSE入門技術(shù)的一本經(jīng)典好書。內(nèi)容淺顯易懂，結(jié)合案例，對建模技術(shù)說明的很透徹。這本書出版的時間比較早。當(dāng)時還是SysML1.3版的時候，現(xiàn)在是SysML1.6版，有些地方已經(jīng)變動了。比如流端口、共軛端口類型已經(jīng)去掉，同時增加了共軛接口模塊。視圖構(gòu)造型原先擴(kuò)展包元素，新版中擴(kuò)展類元素。

推薦指數(shù)：★★★★★

（2）《SysML實踐指南》，英文版名稱《A Practical Guide to SysML The Systems Modeling Language》。互聯(lián)網(wǎng)上有第二版中文翻譯，英文版有電子書（第三版）。

這本書也是案例結(jié)合SysML語法介紹，還有一個章節(jié)專門講OOSEM方法。可以說是MBSE方法論+SysML建模語言+案例的好書。

推薦指數(shù)：★★★★★

（3）INCOSE《系統(tǒng)工程手冊》，張新國譯，中英文對照，機(jī)械工業(yè)出版社。

很厚的一本書，900多頁，網(wǎng)上有售。這本書是對整個系統(tǒng)工程技術(shù)的編著，其中有一個章節(jié)講MBSE。內(nèi)容不多，但是對了解MBSE在整個系統(tǒng)工程過程中的地位會有幫助。

推薦指數(shù)：★★★★

（4）《敏捷系統(tǒng)工程》，[美]Bruce Powel Douglass著，張新國 谷煉譯，清華大學(xué)出版社。

全書講述了MBSE的基本理論，方法論基于IBM的Harmony SE，提出了“敏捷MBSE”的概念。這本書國內(nèi)網(wǎng)上有售。

推薦指數(shù)：★★★★★

（5）《基于模型的系統(tǒng)工程最佳實踐》，[德]Hans-Peter Hoffmann著，谷煉譯，航空工業(yè)出版社。

這本書是IBM的Harmony SE方法的經(jīng)典之作，結(jié)合IBM的Rhapsody軟件中的案例，對整個流程進(jìn)行了詳細(xì)的說明。

推薦指數(shù)：★★★★★

（6）《基于模型的系統(tǒng)工程有效方法》，[美]John M.Borky, Thomas H.Bradley著，高星海譯，北京航空航天大學(xué)出版社。

也很厚的一本書，講述了很多系統(tǒng)建模的實踐。不過想要看懂這本書，需要先學(xué)好MBSE的基礎(chǔ)知識。

推薦指數(shù)：★★★★

（7）《SysML for Systems Engineering 2nd Edition: A model-based approach》，Jon Holt and Simon Perry。

純英文，沒見到中文翻譯版，網(wǎng)上有電子版。從SysML講到MBSE，內(nèi)容豐富。

推薦指數(shù)：★★★★★

（8）《基于模型的系統(tǒng)工程—綜合運用OPM和SysML》[以]Dov Dori，楊雄 王文廣王濤 李志飛譯，電子工業(yè)出版社。

基于Dori（就是原書的作者）的OPM方法。這種方法主要的建模語言是OPL（對象過程語言），獨立的一個標(biāo)準(zhǔn)，和SysML不同。支持這種語言的建模工具只有作者開發(fā)的工具。

推薦指數(shù)：★★★

（9）《基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）方法論綜述》，[美]杰弗里.A.艾，張新國譯，機(jī)械工業(yè)出版社。

這本書是INCOSE的一個調(diào)研報告的翻譯本。此書介紹了常用的幾種系統(tǒng)工程方法（本文第3節(jié)說那些方法，這些方法有些來自于上述另外一本書），以及其他的系統(tǒng)工程的基本概念。

這本書出版的比較早，現(xiàn)在沒有賣的了。JD上舊書價格有點離譜。網(wǎng)上有英文電子版。

推薦指數(shù)：★★★★★

MBSE有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：

有關(guān)MBSE技術(shù)，參考的標(biāo)準(zhǔn)如下。這些標(biāo)準(zhǔn)對深刻學(xué)習(xí)和理解建模技術(shù)很重要。

（1）《OMG Systems Modeling Language》1.6版。

下載地址：https://www.omg.org/spec/SysML/1.6/PDF

（2）OMG? Unified Modeling Language? (OMG UML?) Version 2.51

SysML標(biāo)準(zhǔn)只是講述擴(kuò)展的內(nèi)容。對一些基本的建模知識，還是需要參考這個UML標(biāo)準(zhǔn)。

下載地址：https://www.omg.org/spec/UML/2.5.1/PDF

（3）中國國家標(biāo)準(zhǔn)匯編526 GB 28174( 2011 年制定)。可以理解為UML2.0中文版。

網(wǎng)上有售，網(wǎng)上有電子版。

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