【關(guān)鍵詞：系統(tǒng)工程、MBSE、INCOSE】

 

近幾年，在國(guó)家產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級(jí)的大背景下，和國(guó)內(nèi)以航空航天先進(jìn)軍工為主的科研型單位的引領(lǐng)下，系統(tǒng)工程和MBSE在國(guó)內(nèi)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。隨后，隨著華為、核工業(yè)、兵器等行業(yè)集團(tuán)的加入，尤其是汽車(chē)行業(yè)正在開(kāi)展“智能+網(wǎng)聯(lián)”汽車(chē)創(chuàng)新研制的剛性需求的增長(zhǎng)，系統(tǒng)工程和MBSE大有爆發(fā)之勢(shì)。如今，小編經(jīng)常聽(tīng)到周?chē)接懜髯缘摹跋到y(tǒng)工程”和“MBSE”，其中不乏概念的混淆甚至錯(cuò)誤的論述。例如很多人誤認(rèn)為：

 

• 系統(tǒng)工程=MBSE

• MBSE=SysML建模

• 系統(tǒng)工程就是SysML建模

• MBSE就是需求工程和功能建模與分析

• ……

 

本期小編就結(jié)合ISO15288、INCOSE SE HANDBOOK、INCOSE SystemsEngineering Vision 2020 (2007)、網(wǎng)絡(luò)搜集的相關(guān)資料，和10年有余的行業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，來(lái)簡(jiǎn)單介紹和明晰系統(tǒng)工程與MBSE的概念定義和主要內(nèi)容。也歡迎有不同見(jiàn)解或獨(dú)到見(jiàn)解的同仁在后臺(tái)留言與小編交流心得。

 

1       系統(tǒng)工程

INCOSE SEHANDBOOK V4版本基本與ISO 15288 2015版本保持了內(nèi)容的同步，此外INCOSE SEHANDBOOK V4包含了更多內(nèi)容。

 

根據(jù)INCOSE SEHANDBOOK V4中的內(nèi)容介紹，系統(tǒng)工程因不同視角和領(lǐng)域，定義稍有不同，但本質(zhì)內(nèi)涵是一致的。其中主流的“系統(tǒng)工程”概念定義如下：

 

• 系統(tǒng)工程是一個(gè)視角、一個(gè)流程、一門(mén)專(zhuān)業(yè)。

 

• 系統(tǒng)工程是一種使系統(tǒng)能成功實(shí)現(xiàn)的跨學(xué)科的方法和手段。系統(tǒng)工程專(zhuān)注于：在開(kāi)發(fā)周期的早期階段定義客戶需要與所要求的功能性，將需求文件化，然后再進(jìn)行設(shè)計(jì)綜合和系統(tǒng)確認(rèn)，并同時(shí)考慮完整問(wèn)題，即運(yùn)行、成本、進(jìn)度、性能、培訓(xùn)、支持、試驗(yàn)、制造和退出問(wèn)題時(shí)，進(jìn)行設(shè)計(jì)綜合和系統(tǒng)確認(rèn)。系統(tǒng)工程把所有學(xué)科和專(zhuān)業(yè)群體綜合為一種團(tuán)隊(duì)的努力，形成從概念到生產(chǎn)再到運(yùn)行的結(jié)構(gòu)化開(kāi)發(fā)流程。系統(tǒng)工程以提供滿足用戶需要的高質(zhì)量產(chǎn)品為目的，同時(shí)考慮所有客戶的業(yè)務(wù)和技術(shù)需要。（INCOSE, 2004）

 

• 系統(tǒng)工程是一種自上而下的綜合、開(kāi)發(fā)和運(yùn)行一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的迭代過(guò)程，以接近于最優(yōu)的方式滿足系統(tǒng)的全部需求。（Eisner, 2008）

 

• 系統(tǒng)工程是一門(mén)專(zhuān)注于整體（系統(tǒng)）設(shè)計(jì)和應(yīng)用的學(xué)科而不是各個(gè)部分，這涉及從問(wèn)題的整體性來(lái)審視，將問(wèn)題的所有方面和所有變量都考慮在內(nèi)，并將社會(huì)與技術(shù)方面相關(guān)聯(lián)。（FAA, 2006）

 

• 系統(tǒng)工程是應(yīng)用系統(tǒng)的思維、原理和方法，解決復(fù)雜問(wèn)題，保證把復(fù)雜的事情做對(duì)、做好、做快的一套方法論。系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)和核心思想是系統(tǒng)思維，即凡事皆系統(tǒng)。系統(tǒng)有層次性、涌現(xiàn)性和目的性，運(yùn)用功能的觀點(diǎn)和進(jìn)化的觀點(diǎn)從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)方面全面認(rèn)識(shí)系統(tǒng)。

 

“系統(tǒng)工程”的具體內(nèi)容和流程活動(dòng)覆蓋整個(gè)“V”模型，根據(jù)INCOSE SE HANDBOOK V4版本的規(guī)定，系統(tǒng)工程涵蓋如下圖所示內(nèi)容：

  

圖1 系統(tǒng)工程內(nèi)容組成

 

其中，藍(lán)色內(nèi)容是與ISO15288保持一致的，包括14子項(xiàng)的技術(shù)流程、技術(shù)管理流程、協(xié)議流程和項(xiàng)目使能流程。綠色是INCOSE SE HANDBOOK V4版本中的額外內(nèi)容，包括系統(tǒng)工程裁剪流程和應(yīng)用、跨領(lǐng)域/學(xué)科系統(tǒng)工程方法、專(zhuān)業(yè)工程活動(dòng)。這些內(nèi)容更好的描述了系統(tǒng)工程落地應(yīng)用的介紹，尤其是系統(tǒng)工程裁剪流程相關(guān)的介紹。

 

劃重點(diǎn)：

 

根據(jù)以上的系統(tǒng)工程概念介紹，我們可以明確系統(tǒng)工程是技術(shù)與管理都涉及的復(fù)雜工程方法（論），其覆蓋了我們所熟悉的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)整個(gè)V模型，甚至可以認(rèn)為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的V模型及其配套的項(xiàng)目管理和項(xiàng)目支持活動(dòng)就是系統(tǒng)工程的內(nèi)容。

 

所以，開(kāi)篇提到的把“系統(tǒng)工程”簡(jiǎn)單的認(rèn)為是SysML建模，或者僅僅是技術(shù)開(kāi)發(fā)流程都是片面的，也是不準(zhǔn)確的。

  

圖2 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)通用V模型

 

2       基于模型的系統(tǒng)工程

那基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）與系統(tǒng)工程又是什么關(guān)系呢？

 

從概念定義入手，通過(guò)查閱資料，選取的主流MBSE定義如下：

 

• 支持以概念設(shè)計(jì)階段開(kāi)始并持續(xù)貫穿于開(kāi)發(fā)和后期的生命周期階段的系統(tǒng)需求、設(shè)計(jì)、分析、驗(yàn)證和確認(rèn)活動(dòng)的正規(guī)化建模應(yīng)用。（INCOSE 系統(tǒng)工程愿景2020）

 

• 基于模型的系統(tǒng)工程是一種形式化的建模方法學(xué)，是為了應(yīng)對(duì)基于文檔的傳統(tǒng)系統(tǒng)工程工作模式在復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)研發(fā)時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)，以邏輯連貫一致的多視角通用系統(tǒng)模型為橋梁和框架，實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域模型的可追蹤、可驗(yàn)證和全生命周期內(nèi)的動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)貫穿于從概念方案、工程研制、使用維護(hù)到報(bào)廢更新的人工系統(tǒng)全生命周期內(nèi)的系統(tǒng)工程過(guò)程和活動(dòng)。這些過(guò)程與活動(dòng)包括技術(shù)過(guò)程、技術(shù)管理過(guò)程、協(xié)議過(guò)程和組織項(xiàng)目使能過(guò)程等，廣泛存在于體系、系統(tǒng)及系統(tǒng)組件各個(gè)層級(jí)之內(nèi)。除方法學(xué)本身外，廣義MBSE還包括方法學(xué)所需的使能技術(shù)（如建模語(yǔ)言、工具軟件）和人員能力，以及方法學(xué)的應(yīng)用環(huán)境等所構(gòu)成的體系。

 

劃重點(diǎn)：

 

根據(jù)以上對(duì)MBSE的概念介紹，我們可以明確MBSE在技術(shù)流程、技術(shù)管理流程方面與系統(tǒng)工程基本一致，即覆蓋了我們所熟悉的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)整個(gè)V模型。最大的不同之處是工作過(guò)程中體現(xiàn)成果的知識(shí)載體不同。一般我們說(shuō)的系統(tǒng)工程都是基于文檔來(lái)傳遞的，所以也叫基于文檔的系統(tǒng)工程，而MBSE特別強(qiáng)調(diào)了“MB”，也就是基于模型。通過(guò)模型這種承載知識(shí)的方式，實(shí)現(xiàn)形式化的建模和分析，達(dá)到全流程的模型化應(yīng)用。基于模型可以便捷的實(shí)現(xiàn)模型的傳遞和關(guān)系追溯，利于跨部門(mén)協(xié)作開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)成果的復(fù)用。構(gòu)建設(shè)計(jì)產(chǎn)品的統(tǒng)一真相源數(shù)據(jù)庫(kù)是基于模型追求的目標(biāo)之一，可以為數(shù)字孿生應(yīng)用、信息物理系統(tǒng)構(gòu)建提供良好的基礎(chǔ)支撐。

 

基于文檔和基于模型的區(qū)別詳見(jiàn)下圖。

 

圖3 基于文檔和基于模型的區(qū)別

 

所以，開(kāi)篇提到的把“系統(tǒng)工程”等價(jià)為MBSE，或者簡(jiǎn)單的認(rèn)為MBSE就是SysML建模都是片面的，也是不準(zhǔn)確的。

 

那為什么這么多人都認(rèn)為MBSE就是SysML建模的等同概念呢？

 

其實(shí)這主要是以下幾個(gè)方面的原因疊加造成的認(rèn)知片面導(dǎo)致的。

 

• 系統(tǒng)建模工具廠商刻意宣傳的效果，尤其是SysML工具的供應(yīng)商基本宣傳策略就是構(gòu)建MBSE能力就是掌握SysML系統(tǒng)建模應(yīng)用；

• 產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)歷了逆向仿制到正向創(chuàng)新的發(fā)展過(guò)程，在正向創(chuàng)新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程中亟需提高和完善的能力是需求工程和系統(tǒng)功能分析與分配。主要集中在V流程的左半邊，越往上越欠缺。如圖 4黃色虛線圈的位置。因?yàn)榍啡保愿P(guān)注，也就造成了用MBSE“指代”需要提高能力的那部分內(nèi)容；

• MBSE應(yīng)用的最大優(yōu)勢(shì)之一是在設(shè)計(jì)的前期充分的開(kāi)展需求分析和功能分析，通過(guò)架構(gòu)權(quán)衡實(shí)現(xiàn)早期設(shè)計(jì)缺陷的識(shí)別，并及時(shí)修復(fù)。這是一種研發(fā)范式的轉(zhuǎn)變，如圖 5所示。通過(guò)這種新范式可減少后期缺陷的數(shù)量，降低修復(fù)缺陷的經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本。

 

一般，以上對(duì)應(yīng)的MBSE內(nèi)容我們姑且定義為狹義的MBSE，那么，狹義的MBSE包括需求捕獲、需求撰寫(xiě)、需求分析、系統(tǒng)建模、功能和邏輯分析、系統(tǒng)仿真、需求驗(yàn)證、需求和模型管理等。如此，勉強(qiáng)可以認(rèn)為（狹義的）MBSE就是SysML建模與分析。這也是目前大多數(shù)人對(duì)MBSE概念認(rèn)知的范圍。在此還是倡議溝通交流中能明確界定概念，避免造成MBSE概念和范圍的混亂，甚至認(rèn)知誤區(qū)，這對(duì)于長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展MBSE是不利的。

  

圖 4 通常MBSE應(yīng)用的關(guān)注點(diǎn)集中在V流程的左半邊

  

圖 5 基于模型的新研發(fā)范式

 

3       小結(jié)

本期明確給出了常見(jiàn)的系統(tǒng)工程和基于模型的系統(tǒng)工程概念定義和范圍。指出了易混淆和認(rèn)知誤區(qū)的點(diǎn)。希望能對(duì)正在閱讀的您有所幫助。

 

文章來(lái)源：modelica