武器裝備系統(tǒng)研制是涉及多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)工程，涵蓋體系、總體、結(jié)構(gòu)、電子信息、輔助系統(tǒng)等多個領(lǐng)域。系統(tǒng)研制面臨的技術(shù)難度和管理難度都在不斷加大，采用傳統(tǒng)的基于文檔的系統(tǒng)工程研制模式面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。

以文檔為中心是目前產(chǎn)品研制系統(tǒng)工程的主要方式。所謂以文檔為中心，一方面是指設(shè)計過程中各階段的設(shè)計成果以文檔形式呈現(xiàn)并在各階段之間傳遞，另一方面也表示該方法中各階段的信息加工處理以手工方式為主，缺乏必要的計算機輔助設(shè)計和驗證手段。隨著系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜程度的不斷提高，傳統(tǒng)的基于文檔的系統(tǒng)工程必將產(chǎn)生越來越多的各種不同的文檔，信息的查找、理解及更改都困難重重。通過在產(chǎn)品研制過程中引入基于模型的系統(tǒng)工程理念，在方法論的指導(dǎo)下，借鑒各行業(yè)系統(tǒng)工程應(yīng)用最佳實踐，使用先進的系統(tǒng)工程工具，配合一定的管理手段，能夠在一定程度上解決裝備系統(tǒng)研制面臨的嚴峻問題。

為了應(yīng)對復(fù)雜裝備系統(tǒng)研制的挑戰(zhàn)，需要構(gòu)建新一代復(fù)雜系統(tǒng)建模工作環(huán)境，形成一個涵蓋復(fù)雜系統(tǒng)建模、仿真和與系統(tǒng)全生命周期管理集成的解決方案。采用MBSE方法進行系統(tǒng)研制，在設(shè)計階段早期，應(yīng)用建模和仿真手段實現(xiàn)需求的早期驗證，保證設(shè)計過程的正確性。MBSE持續(xù)貫穿整個武器系統(tǒng)的生命周期過程，開展體系建模、系統(tǒng)建模、專業(yè)領(lǐng)域建模，實現(xiàn)系統(tǒng)整個設(shè)計過程的模型化表達，并采用模型仿真手段，提升需求分析和驗證能力，降低型號驗證風(fēng)險。

圖 1 基于模型的裝備系統(tǒng)研制流程

建設(shè)面向裝備系統(tǒng)論證和方案階段研制的協(xié)同設(shè)計和驗證平臺，涵蓋體系工程、系統(tǒng)工程與設(shè)計工程三個層級，貫穿武器系統(tǒng)生命周期過程，打破國外技術(shù)封鎖并追趕世界先進水平，滿足型號研制急需。通過打造協(xié)同設(shè)計和驗證平臺，主要實現(xiàn)“型號管理、需求定義、體系建模、系統(tǒng)建模、接口建模、仿真驗證、文檔生成、模型管理和追溯”等功能模塊，打通MBSE工具間的數(shù)據(jù)接口，給設(shè)計人員提供集成的專業(yè)軟件，形成統(tǒng)一的設(shè)計平臺，采用基于模型的方法論以支撐在新技術(shù)條件下的市場競爭需求。

面向裝備系統(tǒng)論證和方案階段研制的協(xié)同設(shè)計和驗證平臺是基于裝備系統(tǒng)研發(fā)工作流程，利用信息化手段，將流程、方法、工具等進行集成，建成以設(shè)計、驗證流程運行環(huán)境為核心，全面覆蓋技術(shù)管理、項目管理，為研發(fā)技術(shù)和技術(shù)管理活動提供數(shù)據(jù)交互手段，對研發(fā)活動和數(shù)據(jù)進行管理的信息化系統(tǒng)。可以支撐系統(tǒng)設(shè)計研發(fā)過程，可以支撐基于V模型的體系/系統(tǒng)/設(shè)備級設(shè)計和驗證過程，采用基于模型的開發(fā)技術(shù)構(gòu)建研發(fā)環(huán)境和流程。可以實現(xiàn)對設(shè)計過程的流程及過程數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，實現(xiàn)可驅(qū)動研發(fā)流程，并對其狀態(tài)的全面展示。可以對設(shè)計過程的全部模型數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)的完整視圖。

面向裝備系統(tǒng)論證和方案階段研制的協(xié)同設(shè)計和驗證平臺涵蓋了體系工程、系統(tǒng)工程與設(shè)計工程三個層面，貫穿武器系統(tǒng)（體系）生命周期過程。主要由以下幾個子系統(tǒng)組成：

該平臺涉及體系架構(gòu)設(shè)計、需求管理、系統(tǒng)需求分析和架構(gòu)設(shè)計、物理接口設(shè)計、功能邏輯仿真驗證、多學(xué)科聯(lián)合仿真等功能模塊。

圖 3 索為/杉石MBSE自主工具鏈

圍繞武器裝備（對空防御導(dǎo)彈系統(tǒng)）作為典型案例，應(yīng)用協(xié)同設(shè)計和驗證平臺中的幾個核心工具開展了MBSE應(yīng)用，形成系列化的文章。主要包含以下內(nèi)容：

體系架構(gòu)設(shè)計工具支持DoDAF建模標準，支持結(jié)構(gòu)建模、行為建模、流程建模和數(shù)據(jù)建模。基于DoDAF的體系結(jié)構(gòu)建模方法，支持模型化的裝備體系分析方法，形成信息化條件下基于模型的任務(wù)和體系架構(gòu)分析方法，既能動態(tài)地整體論證武器裝備體系建設(shè)問題，又能反映武器裝備體系論證的層次性，全面構(gòu)建任務(wù)和體系架構(gòu)建模能力。

圖 4 體系架構(gòu)設(shè)計工具功能架構(gòu)

需求管理工具定位于對各類需求實現(xiàn)條目化管理，對需求條目版本進行管理、對需求變更進行控制、對需求追蹤關(guān)系進行維護、對需求條目進行在線討論、對需求基線進行管理以及支持自動生成需求文檔等。通過條目化的方式對純粹的需求點進行管理。需求條目可以從用戶單位的其它需求管理工具中導(dǎo)入，也可以通過人工在需求條目樹中建立。支持維護需求條目的狀態(tài)，建立需求跟蹤矩陣，實現(xiàn)各需求條目之間的可追蹤性，輔助進行變更影響分析。

圖 5 需求管理工具功能架構(gòu)

系統(tǒng)需求分析和架構(gòu)設(shè)計工具定位于為復(fù)雜工程系統(tǒng)（例如武器裝備中的電子信息系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)等）的系統(tǒng)級研發(fā)提供基于模型的建模仿真解決方案，用戶可以在系統(tǒng)設(shè)計階段基于SysML模型進行需求分析、架構(gòu)設(shè)計、仿真分析，改變原有的基于文檔的設(shè)計范式，有效的提高系統(tǒng)研發(fā)效率。

圖 6 系統(tǒng)需求分析和架構(gòu)設(shè)計工具功能架構(gòu)

系統(tǒng)接口設(shè)計工具是面向復(fù)雜工程系統(tǒng)研發(fā)用戶的企業(yè)級的接口數(shù)據(jù)設(shè)計、分析和管理工具。支持“樹+圖+表”+“模型庫”的設(shè)計方法管理系統(tǒng)架構(gòu)及接口數(shù)據(jù)，從而提升ICD設(shè)計效率。并且具有開放的數(shù)據(jù)接口，可基于模型生成文檔和各類數(shù)據(jù)文件。采用R-N關(guān)聯(lián)模型技術(shù)，可實現(xiàn)ICD數(shù)據(jù)信號從產(chǎn)生到最終應(yīng)用的全歷程追溯，顯著提高影響性分析和排故效率。基于模型庫的向?qū)皆O(shè)計，降低了設(shè)計師的專業(yè)門檻，并提高了ICD的設(shè)計質(zhì)量。

圖 7 系統(tǒng)接口設(shè)計工具功能架構(gòu)

模型總線工具是支撐跨學(xué)科、跨領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)模型集成仿真的通用工具，以TCP/IP通信協(xié)議和FMI協(xié)議為基礎(chǔ)，通過C/S架構(gòu)實現(xiàn)了多客戶端系統(tǒng)仿真軟件分布式集成，適用于大規(guī)模復(fù)雜異構(gòu)系統(tǒng)的多仿真工具統(tǒng)一調(diào)度與并行求解。有效地解決了不同仿真工具（含商業(yè)和自研）之間的連接接口問題，操作便捷，能顯著提高仿真效率。

圖 8 模型總線工具工作原理

統(tǒng)一系統(tǒng)模型管理工具實現(xiàn)以MBSE實際業(yè)務(wù)范疇為基礎(chǔ)，管理MBSE業(yè)務(wù)產(chǎn)生過程中的各類模型數(shù)據(jù)的有效權(quán)威版本，將模型數(shù)據(jù)進行體系化的組織與管理，并有效管理各類模型數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，滿足數(shù)據(jù)的應(yīng)用。統(tǒng)一系統(tǒng)對象模型系統(tǒng)具備如下能力：實現(xiàn)需求數(shù)據(jù)、體系設(shè)計數(shù)據(jù)、系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)、接口設(shè)計數(shù)據(jù)等系統(tǒng)工程設(shè)計數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集中管理;實現(xiàn)統(tǒng)一系統(tǒng)對象模型系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的產(chǎn)生系統(tǒng)/工具的貫通，滿足數(shù)據(jù)提交/解析的能力;實現(xiàn)需求數(shù)據(jù)、體系設(shè)計數(shù)據(jù)、系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)、接口設(shè)計數(shù)據(jù)等系統(tǒng)工程設(shè)計數(shù)據(jù)的版本、權(quán)限管理，支持數(shù)據(jù)的變更管理;基于所管理的各類系統(tǒng)工程設(shè)計數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)關(guān)系維護和展示的能力，方便追溯數(shù)據(jù)間的關(guān)系，支持變更影響分析。