我國航天工業經過近幾十年的發展，逐步形成了一套獨具特色的航天器系統工程研制模式，有力地支撐了航天器研制任務的圓滿完成。隨著航天技術的快速發展，航天器系統復雜度顯著提升，各專業耦合性越來越強，傳統的基于文檔的系統工程越來越難以滿足后續復雜航天任務的研制需求，采用基于模型的系統工程（Model-Based System Engineering, MBSE）理論和方法在國外已經用于復雜工程系統開發，典型的有獵戶座任務、木衛二軌道器任務、火災星、毅力號等。國內對MBSE方法的研究起步較晚，在航天領域，隨著對MBSE方法的不斷探索和實踐，正逐漸被用戶和各級承研單位所接受，普遍認為是科研生產模式轉型升級和手段方法改進的重要抓手，航天科技集團公司第八次工作會指出，“基于模型和數據驅動的科研生產數字化體系亟待構建”。吳董事長在《全面實施數字航天戰略為航天強國建設提供堅強支撐》一文中，要求采用基于模型的系統工程方法，完善航天型號產品數字化協同研制環境，強化虛擬設計與仿真驗證應用。

國外自20世紀70年代以來，在數字化先進設計制造應用方面，經歷了從點(數字化單技術應用)到線(型號總體設計全過程數字化)到面(數字化企業)的發展，有力地推動了世界經濟和相關技術的發展，當前在系統研制過程中，數字化技術與模型化技術的應用理念已經從設計、仿真等單一領域拓展到了工程研制全生命周期。

傳統的系統工程都是基于文檔的，很容易產生理解的不一致性，在產品設計過程中經常出現反復迭代修改等情況。雖然近年來，已從過去的紙質形式轉換為電子形式，但并未從根本上改變這一狀況。

基于模型的系統工程則通過模型貫穿產品總體設計始終，它從需求階段開始即通過模型（而非文檔）的不斷演化、迭代遞增而實現產品的系統設計，通過模型的結構化定義可以清晰地表達產品設計初期結構、功能與行為等各方面的需求，在設計初期就能通過仿真來發現大量不合理的設計方案。同時，由于模型的唯一性，還為各方提供了一個統一的、無二義性的設計信息交流工具。MBSE已成為近幾年來系統工程界研究和應用的熱點。

最早提出MBSE概念的INCOSE給出了如下定義：

“基于模型的系統工程是通過形式化的建模手段，從概念設計階段開始就能夠支持系統需求、設計、分析、驗證和確認等活動，并持續貫穿整個開發過程和后續的生命周期階段”。

在INCOSE發布的2020年遠景規劃中，MBSE成為系統工程未來發展的重要方向，如圖2所示。根據規劃，MBSE主要經過三個階段，2010實現MBSE的標準化，2010-2020是MBSE理論體系走向成熟化階段，在系統的架構模型中集成分析、仿真、可視化，并定義出完善的MBSE理論體系，到2025年，在各個領域應用MBSE方法。

為了支持MBSE，國際系統工程學會（INCOSE）和對象管理組織（OMG）提出了一種新的系統建模語言（Systems Modeling Language，SysML）。

MBSE是系統工程發展的大趨勢。國際系統工程學會綜合最近20年來各方面提出的基于模型的技術，提出了MBSE的概念及框架，并加以推廣應用。INCOSE在2007年發布的《系統工程2020年愿景》指出：從很多方面看，系統工程的未來可以說是“基于模型的”，該《愿景》也規劃了MBSE未來20年的發展路線圖。MBSE不是建模仿真，MBSE從工程系統初期就開始進行并一直持續到后續階段，是工程系統全生命周期的工作。MBSE中的模型主要是指系統模型，是系統層面的描述性的模型，概念理解上應當與專業的分析模型區別開來。同時，MBSE也不僅僅是信息化，現有的產品數據管理等信息化工具僅僅是對人頭腦中思考的東西、設計結果的一個記錄，從過去的紙筆畫圖到現在的電子化、信息化、網絡化、集成化，而MBSE是研制流程的再造和優化，而不僅僅是信息化工具的應用。

通過MBSE的定義可以得出， MBSE的核心思想是以模型的方式，通過對跨學科的專業知識統一表示來控制復雜系統的研發過程，強調的是系統工程過程中信息傳遞的模型化。與傳統的基于文檔的系統工程的區別如表所示：

MBSE有廣義和狹義之分，廣義的MBSE覆蓋產品設計、生產、裝配、測試、試驗、維護、報廢等全生命周期階段，而狹義的MBSE僅指產品的方案設計階段。

需要指出的是，MBSE并不是要顛覆現有的系統工程體系，而是在原有的基于文檔的基礎上，通過統一建模語言對文件中隱含的設計要素進行顯性化的關聯建模，通過模型的不斷迭代、演化，最終形成一個具有和實物產品完全一致且經過虛擬試驗仿真驗證的整個航天器數字樣機，避免因后期總裝和測試試驗不滿足而導致設計更改的問題，確保航天器研制“一次成功”。

近年來，在航天領域開展了MBSE應用實踐，初期重點圍繞MBSE語言工具培訓、型號試點應用、建模方法研究等方面開展工作，在過程中統一理解和認知；在廣泛調研與理論探索的過程中不斷與現有流程相印證，梳理、總結、提煉出了基于模型的航天器系統設計與驗證過程及MBSE初步工作指南；將MBSE正向設計流程逐步引入型號研制中，在典型應用實踐中不斷完善航天領域的MBSE方法，為后續的推廣應用打下了基礎。

以載人月球探測飛行器研制為例，由于系統復雜度高，為提高研制與管理水平，正在推行MBSE方法在型號研制全周期的應用，探索制定數字化研制工作規范，推進數字化手段與工程現有研制流程的有機融合。目前初步開展了基于模型的需求分析、系統設計與仿真驗證工作。需求建模方面，實現了多級需求的分解和追溯關系的建立；系統設計方面完成了基于模型的功能、架構分解和飛行方案設計，并開展了基于模型的設計評審；系統級仿真驗證方面，正在開展基于Modelica語言的多學科建模和多專業耦合仿真驗證工作，目標是在方案階段完成基于MBSE的數字化設計閉環仿真驗證。

在深空、遙感、通信等領域不同航天器研制過程中均開展了MBSE實踐。實踐證明，MBSE在航天領域的發展趨勢是明確的，但初期由于建模工作量大、周期長，應用效果不容易體現，導致推廣過程中不可避免的會存在一些質疑與異議。例如：

（1）語言過于抽象，工程人員學習和理解困難，未掌握前反而影響設計效率；

（2）工具難掌握，模型資源匱乏，設計缺少基礎庫的支撐導致設計效率低、模型質量差；

（3）方法普適性強，但專業性不足，缺少針對行業領域特點本地化的方法論。

為了進一步促進MBSE在航天領域的應用推廣，需要迫切解決在研制管理流程、隊伍組織、方法論、工具和模型庫等多個方面存在的問題。

（1）設計與建模人員必須統一，業務與信息化有效融合

一方面，型號設計師團隊必須掌握MBSE方法、語言和工具，伴隨型號研制實際進展開展建模工作，避免設計與建模“兩班人馬”，型號研制與MBSE應用“兩張皮”。另一方面，業務人員與信息化人員應緊密融合，發揮各自專長，信息化人員側重標準規范、工具軟件、基礎模型庫的建設工作，共同促進MBSE真正在型號研制中落地。

（2）總體與分系統協同論證，建模方法論因地制宜

為保障總體的集成設計與驗證工作有序開展，需要各分系統共同開展MBSE建模工作，總體與分系統的技術狀態管理應該一致推進，在總體與分系統協同設計與建模過程中，要對設計流程進行針對性的設計和區分。在總體層面，側重多專業的協同和設計權衡；在分系統層面，側重變更管理和快速方案的設計迭代。

（3）MBSE與MBD打通，虛實驗證完整閉環

在未來基于模型的數字化研制體系下，在每個階段都要進行相應的仿真迭代，充分驗證，然后再向下一個環節推進，將問題提前暴露和解決，模型相互關聯，逐步細化完善，最終形成型號模型庫，形成可復用的知識。模型的貫通能力至關重要，包括系統設計模型（SysML語言）與系統驗證模型（Modelica語言）的打通、系統設計模型與CAD模型的打通、系統設計模型與CAE專業仿真模型的指標驗證打通、系統設計模型與CAM實做模型的打通，以及各模型間數據的同源貫通，從而形成一個以模型為牽引的數字主線，讓工程數據都有源可依，設計變更都有據可查，虛實測試都能閉環驗證。

（4）模型庫統一規劃建設，知識經驗充分復用

由總體單位牽頭統一規劃和建設基礎共用的模型庫，對航天領域標準和規范進行模型化呈現，包括：基礎模型庫（接口、量綱、信息流、物質等基礎元素）、飛行時序庫、任務場景分析庫和約束規則庫的建設等。總體和分系統研制人員基于這些共性的基礎模型庫來進行MBSE模型的構建，從根本上保證設計術語的統一。

（5）培育自主可控生態，掌握核心發展競爭力

MBSE工具軟件在工業軟件領域屬于新興板塊，目前國內具備一些功能完善的MBSE建模工具。立足長遠，從工具語言的原生適用性、安全性和自主定制的可控性等方面，自主軟件都有著超越國外軟件的優勢。建議在MBSE系統建模與仿真領域，結合行業應用，在使用國際主流工具的同時，支持和培育國產自主可控工具生態，加強自主工具的應用驗證和型號應用，通過工具固化工程知識經驗。